Document1 25/04/2001 9:14 AM Page 1 Prologo 24/04/2001 12:17 PM Page 1 Manual de Construcción Industrializada Ing. Horacio Mac Donnell Ing. Horacio Patricio Mac Donnell REVISTA VIVIENDA SRL Prologo 24/04/2001 12:17 PM Page 3 Copyright INGS. MAC DONNELL - REVISTA VIVIENDA SRL Buenos Aires, Abril de 1999 Queda hecho el depósito que establece la ley 11.723 Impreso en Argentina Ilustrador: Arq. Héctor Merino I.S.B.N. 987-97522-0-1 La reproducción total o parcial de esta obra en cualquier forma que sea, idéntica o modificada, no autorizada por el editor, viola los derechos reservados. Cualquier utilización debe ser previamente solicitada. Los infractores serán reprimidos con las penas de los artículos 172 y concordantes del Código Penal (arts. 2°, 9°, 10°, 71°, 72° de la ley 11.723). Año 1999, Versión I Prologo 24/04/2001 12:17 PM Page 5 PROLOGO E stimados Ingenieros Mac Donnell: Muchas gracias por el libro “Manual de Construcción Industrializada”. Lo primero que he experimentado con la lectura de este libro ha sido un sentimiento de admiración. Me admira el esfuerzo que ha significado redactar todas esas páginas, y producir tal cantidad de tablas, gráficos y figuras. La necesidad de libros de este tipo se aprecia al recorrer las obras de construcción de viviendas del tipo llamado tradicional. A veces se las denomina artesanales, pero la verdad es que su producción está en manos de artesanos ineptos. Es penoso comparar lo que se hace ahora en obras de vivienda, aún en las de lujo, con la calidad que lograban hace más de cincuenta años constructores y albañiles italianos, incluso en remotos pueblos del interior. Es increíble, pero en esta hora de asombrosos progresos tecnológicos, la mayor parte de la construcción de viviendas constituye la única industria que carece totalmente de control de calidad. El libro que tengo a la vista es, en realidad, dos libros. El primero contiene todas las recomendaciones para construir viviendas con racionalidad, garantizando la seguridad, habitabilidad y durabilidad. Este es un manual que debería ser de aplicación obligatoria en toda construcción de viviendas, industrializadas o no. El segundo libro describe y evalúa los desarrollos realizados en la Argentina para la construcción de viviendas estandarizadas, prefabricadas, e industrializadas. Esta es una valiosa fuente de información para usuarios y constructores de viviendas. Lo que llama la atención en esta obra, es la cantidad de conceptos breves que resumen sabiduría. En ese sentido quiero citar frases que me impactaron: No se puede industrializar la vivienda “sólo porque sea razonable hacerlo. Se industrializa cuando se necesita hacerlo. La industrialización no es un fin. Si no existe real necesidad de ella no aparecerá”. “Las necesidades de aislamiento térmico, aún hoy en la Argentina, son subestimadas. Hasta aquel que puede hacerse su propia casa, actúa como ignorando que es un derroche de dinero personal y nacional no aislar por lo menos muros y techos”. “No es tolerable, y es una falta de cumplimiento de los requisitos mínimos de habitabilidad, que se produzca condensación superficial en las paredes de una vivienda que no pertenezcan a baños o cocinas”. “Es peor colocar mal la barrera de vapor que no colocarla”. Y frases de este tipo, que condensan años de experiencia, se encuentran en cantidad en todo el libro. Deseo que esta publicación tenga gran difusión entre arquitectos, ingenieros, constructores y usuarios, a fin de lograr lo que ahora nos parece una utopía: que las viviendas, tanto económicas, como de lujo, sean realmente seguras, habitables y duraderas. Y que, gracias a la industrialización, aumente de tal manera la construcción de viviendas, que se produzca algo que parece una paradoja: que gracias a la disminución de mano de obra por vivienda, se obtenga mayor ocupación a nivel nacional ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Hilario Fernández Long 5 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 6 Ing. Horacio Miguel Mac Donnell: Ingeniero Civil de la Universidad de Buenos Aires. •En la Actividad Privada trabajó en la profesión y como empresario de la construcción en Mendoza y Buenos Aires. •Desarrolló varios sistemas constructivos en el País y en el exterior. •En la Actividad Pública: - Director Nacional de Tecnología de la Secretaría de Vivienda hasta 1995. - Miembro del Comité Ejecutivo del CIRSOC hasta 1995. - Miembro del Comité Directivo de IRAM hasta 1997. •Al presente se dedica a la Consultoría sobre Estructuras y Sistemas Constructivos. Ing. Horacio Patricio Mac Donnell: Ingeniero Civil de la Universidad de Buenos Aires. •En la Actividad Privada: - Proyectó y construyó obras de vivienda individuales y edificios en el Gran Buenos Aires. - Solución de Patologías y reparaciones de estructuras lesionadas. Participó en el desarrollo de varios Sistemas Constructivos. Asesor estructural de Empresas con Sistemas Constructivos. •En la Actividad Pública: - Fue Docente en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires en la Cátedra de Composición Es tructural. - Es Docente en la Cátedra de Sistemas Constructivos en la misma Universidad. - Miembro del Subcomité IRAM de Acondicionamiento Higrotérmico de Viviendas. •Al presente integra una Consultora sobre Estructuras y Sistemas Constructivos. Ambos han dictado numerosos Cursos y Conferencias sobre el Tema de la Industrialización y su Normas en diversas Universidades, Consejos Profesionales y otras Instituciones. E-mail: [email protected] Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 6 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 7 INTRODUCCION E ste manual tiene la intención de difundir las normas y requisitos que se deben cumplir en una vivienda, y en especial las técnicas para su construcción en forma industrializada. Las exigencias de los usuarios tanto en el cumplimiento de requisitos como en calidad de las viviendas están aumentando y lo harán aún en mayor medida. Nuestra responsabilidad como proyectistas y constructores, nos obliga a satisfacerlas y para lograrlo debemos contar con un control de proyecto, usar materiales normalizados y procesos constructivos que no dependan de la buena voluntad o pericia de los artesanos, del clima o de la idoneidad de la dirección de la obra. Esto es lo que entendemos por industrialización de la Construcción de Viviendas. La Argentina tiene una historia en la industrialización de la construcción y el uso de sistemas de más de 30 años, donde como sucede en cualquier actividad hubo fracasos pero también muchos éxitos que no se difundieron debidamente. La primera parte del libro se dedica a desarrollar el fundamento teórico indispensable para el proyecto de viviendas. Especialmente se analizan las normas IRAM, en cuya elaboración hemos participado, y consideramos de cumplimiento inexcusable. Posteriormente se describen las distintas tecnologías que se pueden emplear para industrializar el proceso constructivo. Para elaborar este libro, además de la bibliografía utilizada, nos hemos basado en nuestra experiencia en desarrollar, inspeccionar, evaluar y también construir con distintas tecnologías. Deseamos hacer un reconocimiento a los profesionales y empresarios que dedicaron horas y recursos al estudio y desarrollo tecnológico de la vivienda y que en alguna medida buscamos reflejar en estas páginas. Finalmente presentamos nuestro trabajo, esperanzados en que, con la ayuda de Dios, contribuya al bien común en nuestra Patria. Abril de 1999 Horacio Miguel Mac Donnell Horacio Patricio Mac Donnell Agradecimientos: A la Revista Vivienda, a su Director Arq. Daniel Carmuega sin cuyo apoyo no hubieramos concluido esta tarea. A su personal, especialmente al Arq. Héctor Merino que se encargó de las ilustraciones. A la colaboración prestada por la Dirección de Tecnología de la SS de Vivienda de la Nación. Al distinguido Ing. Hilario Fernández Long por su generoso Prólogo ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 7 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 8 INDICE GENERAL PROLOGO. ...............................................pág. 5 Ing Hilario Fernández Long. INTRODUCCION .....................................pág. 7 CAPITULO 1 La vivienda como producto de una industria. Generalidades ..............................pág. Exigencias a cumplir por el producto vivienda. Reglas de calidad. Reglas de seguridad. Riesgos normales. Riesgos anormales. Reglas de Habitabilidad. Reglas de durabilidad. Viviendas tradicionales. Industrialización de la construcción de viviendas. Necesidad de industrializar. Primeras experiencias e ideas de industrialización. 11 CAPITULO 2 Terminología .....................................................pág. Material. Elemento. Componente. Sistema constructivo y tradicional. C.A.T.: Certificado de Aptitud Técnica. Guías para el estudio de Sistemas industrializados. Indice y grado de industrialización. La serie, los materiales usados, la integración y la racionalización. Métodos de la industrialización. Los sistemas cerrados. Los sistemas abiertos. Clasificación de los sistemas constructivos. Consideraciones sobre los sistemas livianos y pesados. Sistemas livianos. Sistemas pesados. Sistemas importados. 21 CAPITULO 3 Requisitos de seguridad.................................pág. Reglas de calidad. A) Las acciones.................................................pág. 1. Cargas y sobrecargas gravitatorias. 2. Acción del viento. 3. Acción sísmica. 4. Cargas de la nieve y del hielo. 5. Acciones térmicas climáticas. 6. Riesgo de fuego. B) Los esquemas estructurales.....................pág. Cargas verticales. Estructuras de techos de sistemas livianos. Estructuras de techos de los sistemas pesados. Cargas horizontales. Arriostramientos horizontales. Arriostramientos verticales. 1. Aporticamientos. 2. Columnas rígidas empotradas. 3. Cruces de San Andrés (Contraventeos). 4. Paneles sucesivos al corte. 5. Rigi- 31 32 38 dización con revestimientos estructurales. Fundaciones. CAPITULO 4 Requisitos de habitabilidad...........................pág. Introducción. Nociones térmicas. Transmisión de calor ......................................pág. Convección. Radiación solar y terrestre. Conducción. Cambios térmicos debidos al cambio de estado del agua...........................................pág. Evaporación. Condensación Inercia térmica .................................................pág. Concepto de confort.........................................pág. Escalas de confort. Exigencias de invierno. Aplicación práctica..........................................pág. 1. Aislación térmica (Coeficiente K)...........pág. Heterogeneidades en los cerramientos. Puentes térmicos. Cámaras de aire. Ejemplos de aplicación: Muros y techos de sistemas livianos y pesados. Valores máximos admisibles de transmitancia térmica. 2. Evitar condensaciones. ..............................pág. 2a. Condensaciones superficiales. Verificación. 2b. Condensaciones intersticiales. Verificación. Ejemplos de aplicación. Importancia de la ubicación de la barrera de vapor. Los puentes térmicos y la condensación. 3. Coeficiente “G”..............................................pág. Ahorro de energía en edificios. Definiciones y términos en el cálculo de “G”. Valores de “G” admisibles. Factor de corrección de transmisión de calor: γ. Corrección por inercia térmica del terreno: α. Infiltración de aire. Número de renovaciones: n. Coeficiente volumétrico “G”. Ejemplo de cálculo del coeficiente “G”. Referencias para el uso de la planilla de cálculo. Análisis de los resultados. Ahorro de energía. El aislamiento acústico en viviendas...........pág. Introducción. Intensidad del sonido. ¿Cómo percibe nuestro oído? Período o frecuencia. Propagación del sonido. Velocidad de propagación y velocidad del sonido. Longitud de onda. Impedancia acústica. Reflexión del sonido y absorción. Grado de absorción. Tiempo de reverberación. Amortiguación del sonido. Aislamiento del sonido. Medida del aislamiento al ruido aéreo. Indice de debilitamiento acústico (R). Paredes simple. Ley de masas (o de Berger) e incidencia de la frecuencia. Influencia Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 47 48 53 55 57 61 62 71 87 94 8 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 9 ropeos de grandes paneles. Uniones. Uniones puntuales. Uniones continuas. Consideraciones sobre las uniones. La fabricación de grandes paneles. Moldes. Elección. Vibrado. Vibración interna y externa. Vibración superficial. Tratamiento térmico. Curva de temperaturas. Precauciones en el curado. Posición de los moldes. Transporte y montaje de elementos. de la elasticidad. Estanquidad. Cerramientos múltiples. Cámara de aire. Resonancia de las paredes múltiples. Frecuencia de resonancia del conjunto. Frecuencia propia de la cámara de aire. Acoplamiento rígido entre elementos. Cálculo del aislamiento de un cerramiento doble. Aislamiento del sonido transmitido por cuerpos sólidos. Medidas. Aislamiento a ruido de impactos. Aislamiento de vibraciones. Normas IRAM. Soluciones constructivas. Cerramientos usuales. Conclusión. CAPITULO 7 CAPITULO 5 Reglas de durabilidad ..................................pág. Introducción. Definiciones. ¿Cuánto tiempo debe durar una vivienda permanente? Factores que comprometen la durabilidad. 1. Agentes exteriores a la vivienda. a) Climáticos. b) Fuego c) Biológicos. 2. Agentes interiores. Factores que comprometen la durabilidad originados en el material o componente analizado. La durabilidad de los materiales de uso más común. Hormigones. Maderas. Metales. Plásticos. Conclusiones. 111 171 177 CAPITULO 8. CAPITULO 6 Sistemas constructivos de grandes paneles .............................................................pág. Introducción. Funcionamiento estructural. 1. Sistema de esqueleto. 2. Sistemas de paneles portantes. Estabilidad espacial. Tipos de arriostramiento. Arriostramientos verticales tridimensionales. Componentes de sistemas en base a grandes paneles. Paneles para muros exteriores. Paneles multicapas (o paneles sandwich). Paneles mixtos. Paneles macizos. Paneles de hormigón: a) con agregados livianos. Agregados livianos de mayor uso. Arcilla expandida. Agregados volcánicos. Escoria expandida de alto horno. Agregados orgánicos. Agregados sintéticos. Vermiculita. Consideraciones sobre los hormigones livianos. b) Paneles de hormigón aireado. Hormigones gaseosos. Hormigones espumados. Paneles para losas. Forma de la planta. Proceso constructivo. Juntas y uniones entre los componentes. Definiciones. Juntas interiores. Juntas exteriores. Pautas para el diseño de juntas externas. Selladores al exterior. Juntas ventiladas. Juntas llenas. Masillas. Cordones o tiras preformadas. Juntas horizontales. Juntas verticales. Juntas ventiladas cerradas. Las juntas en sistemas eu- Sistemas argentinos de grandes paneles .............................................................pág. SUPERCEMENTO. Datos generales. Descripción del sistema. Fabricación de los elementos premoldeados. Transporte y montaje. Conclusión. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALIZADAS FATTORELLO ................................................pág. Datos generales. Descripción del sistema. Fabricación de los elementos. La vivienda económica. Transporte y montaje. 119 Módulos tridimensionales (MT).................pág. Introducción. Diseño de módulos tridimensionales. Clasificaciones. Viviendas con módulos tridimensionales. Comportamiento estructural en edificios con MT. Fundaciones de MT. Tipos estructurales. Juntas entre módulos. Instalaciones en MT. Aislaciones térmicas. Procesos de fabricación de los MT. 1. MT pesados. Transporte y montaje. 2. MT livianos. Procedimientos de fabricación de MT livianos. Materiales usados en los MT livianos. Metales. Madera y derivados. Plásticos. Otros materiales. Ventajas y desventajas de los MT. SISTEMA CONSTRUCTIVO “MO-HA” ...........pág. Descripción. Sistema estructural. Peso de los elementos. Fabricación de los módulos. Transporte y montaje. Consumo de mano de obra. 185 197 CAPITULO 9 Sistemas livianos ...........................................pág. Definiciones. Clasificación. Sistemas livianos de madera. Limitaciones de la madera. Tratamientos de la madera. Efectos del clima. Fuego. Tratamientos ignífugos. Comportamiento de los materiales relacionados con la construcción con madera. Sistemas de esqueleto o lineal. Sistemas de entramado. Clasificación de las maderas y propiedades mecánicas. Dimensionado de elementos estructurales. Arriostramientos. Uniones mecánicas. Clavos. Pernos y tornillos. Cerramientos. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 203 9 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 10 CAPITULO 10 Sistemas con estructura de madera en la Argentina.....................................................pág. SISTEMA MDN ..............................................pág. Descripción. Estructura. Fabricación. Proceso de montaje. SISTEMAS NORTEAMERICANOS DE ENTRAMADOS DE MADERA .......................pág. Descripción general. Conclusiones. Proceso de montaje. Detalles constructivos. Fundaciones. Revestimientos. Instalaciones. SISTEMA “DC KIT” .........................................pág. Descripción. Fundaciones. Uniones. Muros exteriores. Cerramientos. Techos y muros. Montaje. Conclusiones. CAPITULO 13 225 226 229 237 CAPITULO 11 Sistemas livianos con estructura de acero ...........................................................pág. Introducción. Estructuras. Tipos. Elementos estructurales. Perfiles laminados. Perfiles de chapa doblada. Tubos. Enrejados. Uniones. Tornillos. Uniones soldadas. Funcionamiento estructural. Cargas verticales. Techos. Entrepisos. Columnas y parantes. Cargas horizontales. Arriostramientos horizontales y verticales. Detalles de uniones. Durabilidad de las estructuras de acero. Fuego. Revestimientos. Corrosión. Entrepisos. Cerramientos. Puentes térmicos. Resolución. 243 273 274 278 282 286 CAPITULO 14 Sistemas industrializados “in situ” ...........pág. Introducción. Clasificación de los sistemas “in situ”. Sistemas “in situ” con encofrados. Encofrado túnel para edificios de vivienda. Sistemas “in situ” con elementos prefabricados. Sistemas “in situ” con capas de morteros sobre mallas. 289 CAPITULO 15 CAPITULO 12 Sistemas livianos con estructura metálica en la Argentina ...............................................pág. SISTEMA SÚBITAS Introducción. Descripción general. Fundaciones. Estructura metálica. Muros exteriores e interiores. Techo. Entrepisos. Instalaciones. Proceso de montaje. Edificio industrializado con el sistema (Ushuaia) .....................................................pág. Introducción. Descripción. Techos. Paredes exteriores. Paredes interiores. Losas. Vigas. Arriostramientos. Bases. Proceso constructivo. Estructura metálica. Losas y cerramientos. SISTEMAS CON ENTRAMADADO DE ACERO. (STEEL FRAMING)....................pág. Introducción. El entramado de acero. Los perfiles. Tornillos. Techos. Entrepisos. Arriostramientos. Anclajes. Encuentros. Revestimientos. Durabilidad. Proceso constructivo. Conclusión. Sistemas livianos de paneles portantes....pág. Introducción. Ejemplos. SISTEMA PROVELCO .....................................pág. Descripción general. Muros exteriores. Muros interiores. Techos. Juntas y uniones. Proceso de montaje. Conclusión. SISTEMA COIMPRO .......................................pág. Descripción general. Componentes del sistema. Muros exteriores e interiores. Paneles de techo. Uniones y juntas. Proceso de producción. Proceso de montaje. Características y especificaciones especiales de los materiales. Consideraciones dobre la durabilidad. SISTEMA EUROCASA......................................pág. Descripción general. Fabricación de los paneles. Proceso de montaje. Conclusión. Otros sistemas ................................................pág. 257 262 266 Sistemas “in situ” desarrollados en la República Argentina......................................pág. FERROCEMENTO. Descripción. Elementos del sistema. Paredes y techo. Montaje. Vivienda SEMILLA. .........................................pág. Descripción. Elementos del sistema. Placas para muros y tabiques. Estructura metálica de vigas reticuladas. Uniones entre elementos. Montaje de la vivienda. Conclusión. Sistema constructivo PLASTBAU.................pág. Descripción. Elementos del sistema. Tipología constructiva. Ensayos realizados. Montaje. Sistema constructivo PENTA WALL ............pág. Descripción. Elementos del sistema. Mortero resistente. Fabricación. Montaje. Sistema PRENOVA..........................................pág. Descripción. Descripción del proceso. Losas. Paredes. Aislaciones. Terminaciones. Conclusiones. 297 299 303 306 309 BIBLIOGRAFIA ...........................................pág. 313 ANEXO ...........................................................pág. 314 Listado de sistemas con C.A.T. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 10 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 11 CAPITULO 1 La vivienda como producto de una industria Generalidades S iempre se repite que si en un país la construcción está activa su economía está sana. El mercado inmobiliario, industrias de materiales, profesionales, grandes sectores de trabajadores, empresas de servicios y transporte se mueven a su alrededor. La construcción es tan atípica que mucho tiempo se discutió si era efectivamente una industria. Cada obra se transforma en una fábrica, el cliente es por lo general el dueño del terreno y debe nombrar a un profesional que conozca el negocio; el constructor diversifica su actividad con instaladores, existen muchos métodos para construir una misma obra; los costos cambian con el equipo empleado y el transporte, es decir que puede variar considerablemente por estos ítems. Realmente era para dudar si se podía llamar industria a la que debe fabricar un producto distinto cada vez, sin plantas fijas, con costos variables y finalmente con responsabilidades compartidas entre protagonistas diversos: proyectista, empresa constructora y proveedores de materiales. Lo que aquí proponemos es acercar la edificación de viviendas un poco más a la imagen de industria. Trataremos de explicar primero qué es el producto final vivienda, por qué queremos cambiar la forma actual de producirlas, qué debemos exigirle a ese producto, qué re- Viviendas tradicionales en Humahuaca y variedad en terminaciones con grandes paneles percusión tendrá en la mano de obra, cómo se ha hecho lo mismo en otras partes y cómo les ha ido y finalmente veremos cuáles son los métodos que se pueden usar y las inversiones que podrían esperarse para cada uno. Es muy amplio el terreno en el que vamos a incursionar y los continuos cambios tecnológicos lo hacen muy variable. Pero pese a todo, lo que digamos aquí, no estará condenado a una efímera permanencia. Es así porque nuestra tarea básica es recordar los principios físicos y Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 11 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 12 químicos que se producen en los materiales al usarlos junto a otros nuevos o en forma no conocida. Exigencias a cumplir por el producto vivienda La vivienda tradicional en cada país busca cubrir las aspiraciones de su población. Los materiales, las técnicas de aplicación son conocidas y también lo es su respuesta con el tiempo, se sabe cuánto duran sus muros y techos, sus instalaciones. Después de la guerra 1939-1945 la urgencia en construir, los nuevos materiales usados en el conflicto, el uso racional o no de procedimientos novedosos y el peligro que podrían significar en la seguridad de las comunidades obligó a plantear racionalmente el producto vivienda. Fue el Centro Científico y Técnico de la Edificación (CSTB) de Francia bajo la dirección de Gerard Blachère el que realizó junto a otros destacados "viviendólogos", el estudio científico que significaba definir qué se debía exigir a un edificio de vivienda. Se plantearon los problemas a resolver y se analizaron las soluciones considerando válida cualquier respuesta que respondiera a las exigencias. Estas exigencias, aceptadas hoy universalmente y completadas en su expresión posteriormente son las indicadas en el cuadro inferior. Algunas de ellas tienen carácter absoluto, tales como todas las que afectan a la salud y al medio ambiente. Las exigencias se han enumerado en forma generaliza- Exigencias de seguridad Exigencias de habitabilidad Exigencias de durabilidad Exigencias estéticas da, cada una de ellas puede abrirse en forma más detallada analizando los reglamentos de construcción, urbanísticos, municipales y de empresas proveedoras de servicios. Reglas de calidad Todos los conceptos y exigencias que trataremos son para una "vivienda", no un sustituto sin calidad y con durabilidad reducida. Si se quiere construir menos caro se afecta la durabilidad y finalmente el producto será una edificación que no alcanzará los 50 años a los que aspiramos. Seguramente antes de ese tiempo habrá que rehacerla. ¿Para nuestro País es esto más barato? ¿No es pagar dos veces la misma obra en una misma generación? • Estabilidad frente acciones de cargas gravitatorias, viento, nieve, sismo. • Estabilidad contra el fuego. • Resistencia al choque duro y blando. • Resistencia a la intrusión humana y animal. • Circulación interna libre, sin obstáculos ni riesgos, sin riesgos eléctricos, asfixia o explosión. • Aislamiento higrotérmico. • Aislamiento acústico. • Estanqueidad al agua y al aire. • Iluminación, asoleamiento y pureza del aire. • Conservación de cualidades durante la vida útil. • Mantenimiento con costo económico y accesible. • Flexibilidad interior, capacidad para variar las divisiones interiores. • Calidad arquitectónica. • Adecuación ambiental. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 12 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 13 De las exigencias o aspiraciones humanas expresadas, se derivan las reglas de calidad que deben cumplirse en una vivienda y obviamente deben preverse en el diseño, con el agregado nuestro de normativa, son ellas: . Confort térmico y acústico aceptables. . Capacidad para recibir instalaciones, equipos y mobiliario. . Adecuada iluminación y ventilación. . En las habitaciones una de las paredes como mínimo debe ser clavable y el clavo debe aguantar una carga mayor de 3 (tres) kg. . Protección contra radiaciones nocivas. Reglas de seguridad (Reglamentos CIRSOC, Reglamentaciones Municipales) La seguridad es función del riesgo y estos pueden ser: Riesgos normales . Provocados por acciones de cargas y sobrecargas gravitatorias. . Acciones de la nieve, hielo, viento y choque. . Intrusiones humana y de animales no deseadas. . Caída de rayos. . Obstáculos a la circulación interna en piso y entrepisos. . Riesgos por equipos o instalaciones. Reglas de durabilidad (Normas IRAM). . Durabilidad prevista: 50 años para estructuras y obra gruesa. . En instalaciones, carpinterías e impermeabilizaciones puede ser menor. . Costo de mantenimiento accesible para el ocupante. Estas reglas de calidad no son permanentes y es natural que vayan evolucionando. Las necesidades de adaptación a nuevas circunstancias y la aparición de nuevos equipamientos en la vivienda, las agresiones que se siguen cometiendo contra el "habitat", la contaminación ambiental en las ciudades, ríos, mares, zonas de alta atmósfera, y las variaciones climáticas hacen pensar que las exigencias serán mayores pues el desaprensivo comportamiento humano ya está obligando nuevas reglas de calidad o más leyes de preservación del ambiente. Viviendas tradicionales Riesgos en terminaciones tradicionales Riesgos anormales . Acciones provocadas por incendios .(Ley Nacional) . Acciones originadas en sismos, inundaciones, aludes y maremotos. . Gases tóxicos en zonas fabriles. (Reglamentos municipales). . Explosiones en polvorines o de depósitos de combustibles. (Reglamentos de calidad ambiental). Reglas de habitabilidad (Normas IRAM) . Protección frente al medio, condiciones de confort y de uso. . Estanqueidad al agua, viento, nieve, polvo e insectos. . Comportamiento a la acción combinada de agua y temperatura. La producción de viviendas se realiza en nuestro País con sistema tradicional en su mayoría. ¿Qué es tradición constructiva en la Argentina? Simplemente, la que nos dejó España como herencia arquitectónica, la construcción llamémosla mediterránea, colonial, en fin la que se usa también en Italia, Francia y Portugal. Una vivienda en sistema tradicional para nosotros, es aquélla que tiene muros de mampostería de ladrillo común o hueco, o bloques de hormigón o cerámico, y su techo tiene cubierta de chapas metálicas o tejas. En la estructura del techo el hormigón armado es desde hace mucho el más común en vastas zonas y no siempre es el más apropiado. Otras tecnologías de menor uso pero también tradicionales son las de ciertas zonas del Norte con paredes de ladrillos comunes más grandes y aunque son cocidos les llaman "adobones", muy difundidos también en Mendoza y San Juan. En zonas cordilleranas y de serranías también se ha usado la piedra en forma de mampuestos pero no es relevante. En Humahuaca como herencia indígena pueden verse todavía algunas edificaciones en piedra. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 13 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 14 Tradición indigena en la construcción Tecnología canadiense en madera (Balcarce, Bs. As.) podríamos decir que es el 90 % de lo ejecutado, fue un poco menor en los años 80 cuando desde el gobierno se promocionaron los sistemas industrializados. Industrialización de la construcción de viviendas Mampostería de piedra En el Noreste se usa la madera para la vivienda tradicional pero con escaso desarrollo de sus posibilidades y diseños deficientes. Esto hizo que la Secretaría de Vivienda la considere "vivienda no tradicional" y siga exigiendo para las obras con fondos nacionales que cuente con el C.A.T. (Certificado de Aptitud Técnica). Hemos comprobado en un número significativo de obras, la falta total de protección de la madera, detalles constructivos importantes ignorados, que afectan la durabilidad en principio y finalmente la seguridad de la casa. Por eso pensamos que es útil la difusión del "Manual Técnico del Uso de la Madera en la Construcción de Viviendas" publicado por la Secretaría de Vivienda. Aun cuando parezca obvio, resaltamos que lo tradicional en otros países con experiencia de siglos, puede no serlo en el nuestro, y el uso de la madera en la edificación es uno de esos casos. No es el material madera el cuestionado sino el mal empleo del mismo. Se dijo antes que el sistema tradicional es el más usado entre nosotros. En obras de vivienda en el ámbito oficial, Damos a continuación una de las muchas definiciones de industrialización, a nuestro entender la más adecuada: "Producir viviendas reemplazando la mano de obra artesanal, con máquinas utilizadas por obreros especializados en su manejo, o con máquinas automáticas". Parece absurdo pensar en la industrialización cuando estamos afectados por altos índices de desocupación y debiera pensarse en ocupar más mano de obra. Este mismo argumento se usó cuando se produjo la revolución industrial y sucedió exactamente lo contrario ya que la mayor productividad generó mayor consumo y más ocupación. Es ilustrativa la sentencia que el juez Mr. Baron Thomson de Inglaterra, dictó en Enero de 1813 en el proceso seguido a una banda de mecánicos que destruían las maquinarias (los Luddites) arguyendo que estas disminuían la demanda de mano de obra y originaban la reducción del salario. Dijo el juez:"...Gracias a ella (la maquinaria) disminuyen los gastos y aumentan el consumo y la demanda de productos tanto en el mercado interior como en el exterior; y a la supresión de la maquinaria seguiría el cese de la fabricación, ya que nuestros precios no serían competitivos con los de otros países que también la hubieran suprimido...". Aparte que se trataba de otros productos y situaciones distintas vale hoy la afirmación hecha en otro párrafo respecto al floreciente desarrollo que originaron. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 14 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 15 Vivienda tradicional en zona sísmica Con la demanda de vivienda en Argentina ¿es lógico pensar en mayor desocupación? Por otra parte, el operario de máquina aprende más rápido su manejo que el albañil su arte, al que lleva años llegar a serlo. Otro fenómeno se produce en los últimos años en la Argentina, al haber ciertas muestras de reactivación en el sector, y es el de la aparición de albañiles de países limítrofes sin cumplimiento de las leyes salariales, en desmedro de nuestros operarios. La realidad indicaría que favorecer el empleo de artesanos extranjeros no mejora el desempleo de los compatriotas. En general las fundaciones, los revoques, el hormigón, los revestimientos se subcontratan en las obras de vivienda. - Incumplimiento de entregas de obras en los plazos estipulados. Las multas convenidas en general no se aplican por lo difícil y enojoso de su ejecución y la gran demora en la solución si se recurre a la justicia. - Cada vez es mayor el número de accidentes laborales y el valor de las primas se incrementó. El origen de esto debe buscarse en la inexperiencia del obrero utilizado. - El albañil ejerce por su capacitación un control de calidad de las características físicas de los materiales ya que con el uso diario detecta defectos sin recurrir a ensayos, nos advierte del ladrillo malo, de la falta de escuadría de una baldosa, etc. Su ausencia en la obra se debería suplir con ensayos a los que somos francamente reacios. Porque realmente, ¿cuántas veces ensayamos un bloque o un ladrillo que luego se colocaron en una pared portante exigida? Y si tuviéramos la intención de hacerlo, ¿dónde está el laboratorio con experiencia y las normas que lo realizarían?. Hay 10 ó 12 laboratorios capacitados en el País. En general, este fenómeno de carencia de artesanos es mundial y en ciertos países desarrollados el oficial alba- Necesidad de industrializar ¿Cuales son las causas o razones que llevan a industrializar o promover cambios del método de producción? Existe en nuestro mercado de viviendas un grupo de hechos que se repite frecuentemente tanto en las obras privadas como en las públicas, de los que mencionamos los más destacados: - La calidad de las construcciones de viviendas masivas es cada vez menor debido a una mano de obra ineficiente por escasez de quien la concreta: el oficial albañil. Esto genera una menor productividad que la empresa la considera en los presupuestos a cotizar en obras siguientes. - De lo anterior surge que se utiliza más mano de obra de la necesaria, que se destina a sustituir máquinas (p.ej. hacer mezclas en forma manual y de menor calidad). Esto es subocupación disimulada y una subestimación social del que la sufre. - El uso de subcontratistas en gran parte de la obra, que lógicamente trabajan a mayor velocidad en detrimento de la calidad. Conjunto de viviendas FONAVI ñil es tan escaso que se ha transformado en el operario mejor pago con salarios casi de ejecutivos. Es que observando trabajar a un albañil se puede apreciar la cantidad de tareas distintas que realiza: cálculo de materiales para el trabajo inmediato, mediciones, nivelaciones, uso de variadas herramientas, etc. y muchas veces a la Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 15 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 16 intemperie rigurosa y en situaciones peligrosas. El aprendizaje de estas habilidades se adquiere con años de práctica y cuando se llega a ser un "buen oficial", no se encuentra una mejora importante en su salario ni tampoco un mayor reconocimiento social, de aquí que no exista un mayor interés en perfeccionarse en la construcción. Ya en nuestro País se produjo la traslación de estos obreros a otras industrias por falta de actividad unas veces y otras por la seguridad de continuidad en el trabajo y mejores condiciones para efectuarlo. Por lo expresado, por lo que dicen los indicadores oficiales y también los mismos gremios, es razonable suponer que a breve plazo esta disminución de obreros especializados, y su costo, hará que las empresas que se dediquen a la obra masiva de vivienda, vayan a la industrialización del sector, quedando la obra pequeña o muy sofisticada para la construcción tradicional. En la República Argentina los costos de un edificio tradicional se reparten aproximadamente en: - 40 % Gastos en materiales. - 35 % Gastos en mano de obra. - 25 % Gastos generales y beneficio. Estos valores han sido variables en los últimos decenios, debido a la inestabilidad económica, a la inflación permanente, a los elevados costos financieros, a las tasas de seguro, etc. pero en algunas cortas épocas "normales" podríamos sostener que eran representativos. Para que la industrialización tenga éxito deberían disminuirse los gastos indicados, un análisis rápido señala que el único susceptible de reducir es la incidencia de la mano de obra. Efectivamente, los materiales tradicionales como morteros, hormigones, cerámicos y derivados del acero tienen tecnologías muy elaboradas y será dificil abaratarlos. La sustitución en nuestro País se haría por otros más caros como plástico, madera, aluminio, derivados químicos y otros. Los gastos generales aumentarían por la mayor incidencia de las amortizaciones por desembolsos derivados de una nueva tecnología que exige investigación, proyectos, equipos para la fabricación y montaje, prototipos, promoción y comercialización. Sólo la mano de obra puede reducirse y en el mejor de los casos mantenerse los otros ítems. En los materiales usando los cementos y arcillas, como sucede con los grandes paneles prefabricados. Esto hace que esta tecnología en la Argentina como lo fue en Europa post guerra pudiera competir en las obras masivas, privadas o públicas. Montaje de sistema de paneles en París (Francia) Fachada del conjunto en París (Francia) Detalle del revestimiento de terminación Con otros procedimientos, p.ej. sistemas livianos, los materiales generalmente son más caros pero mayoritariamente las instalaciones de fábrica, el transporte y el montaje son más baratos que en los sistemas pesados. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 17 Pero siempre resulta que la disminución de costos debe buscarse en la reducción de horas hombre en fábrica y en obra. Cuando tratemos en particular cada tipo de sistema constructivo se darán algunas proporciones de costos. Supongamos ahora que un sistema industrializado muy desarrollado llega a reducir el costo de la mano de obra en un 50 % y mantiene los mismos valores para materiales y gastos. Reduciría el valor total de los costos directos en un 17,5 %. Desde luego que lograría un verdadero éxito técnico y financiero nada común. Pero queremos con este elemental ejemplo, destacar como valor informativo profesional, que muchas veces se promueven sin mayor análisis afirmaciones que difunden que la industrialización nos llevaría a costos en nuestras viviendas inferiores al 50 % de los valores de la vivienda tradicional. También hay que señalar que en estos momentos nuestros costos de producción son inestables por el deterioro de la actividad, ya que se trabaja en muchos ítems con "cuadrillas" de subcontrato. La tecnología de producción es importante para una comparación de precios, pero es innegable que la industrialización reduce tiempos y finalmente lo que es seguro es que la calidad mejorará. Debe saberse que hasta que el sistema se afiance y su mano de obra alcance el entrenamiento en el uso de sus máquinas y materiales, se darán costos que podrán ser no competitivos con lo tradicional. Pero superada esta etapa, su rapidez, el trabajo bajo techo, el aprovechamiento superior del tiempo y las ventajas de la repetitividad de tareas influirán en los valores finales en forma favorable. Primeras experiencias e ideas de industrialización Es interesante destacar lo sucedido en Estados Unidos con la evolución de su tradición constructiva. No es aventurado decir que su construcción tradicional llega hoy en día a ser construcción industrializada en casi la totalidad de sus obras de vivienda. Desde el carretón que llevaba las maderas para la estructura y cerramientos que conformaban el "balloon frame", a las fábricas que hoy venden casas en todo el país pasaron no más de 40 años, y sin teorizar sobre la necesidad de industrializar, lo hicieron cuando observaron que con la misma inversión se podían hacer más unidades, es decir mejorar la productividad. Es posible que la tecnología de su construcción tradicional haya favorecido este desarrollo pero sabemos el gran valor que en ese país se le da al tiempo. Veamos algunos nombres de norteamericanos que transitaron en la fabricación de viviendas integrando la investigación técnica y la producción industrial. Además de Frank Lloyd Wright que conceptualizó la unión imprescindible entre la tecnología y el diseño, fue Thomas Alva Edison quien en 1907 construyó casas prefabricadas de hormigón, de dos pisos a precios muy bajos. Hospital militar prefabricado (1886) En Nueva Jersey instaló una fábrica donde alcanzaba una producción de 150 viviendas anuales. El proceso de montaje de cada vivienda era de cuatro días. Otro famoso inventor incursionó en la industrialización de la vivienda: Alexander Graham Bell que trabajó en 1901 con lo que hoy llamamos módulos tridimensionales conformando con tubos, tetraedros de gran resistencia mecánica y de poco peso. John E. Conzelmann patenta en 1912 su sistema y construye edificios de varios pisos con elementos prefabricados de hormigón armado, losas, muros y columnas. En Brooklyn en 1900 se habrían fabricado los primeros elementos de grandes dimensiones de hormigón armado que tenían 5.1 m de largo por 1.20 m de ancho y 0.05 de espesor. Eran placas que se colocaban sobre una estructura metálica. En 1905 en Pennsilvania se construye un edificio de cuatro plantas con losas prefabricadas y sólo se llenan en obra las columnas. En 1907 para edificios industriales aparece el muy conocido "Tilt-up" con sus muros hormigonados en el suelo levantándose después a su posición vertical. En la actualidad se usa también para edificios de vivienda. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 17 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 18 Estos trabajos más el desarrollo permanente que tenía el "balloon frame" con herramientas cada vez más novedosas creó en la sociedad americana la certidumbre de que así se debía hacer su casa, en fábrica y con máquinas. Los trabajos de estos investigadores y empresas ayudaron a la tecnificación e industrialización de la casa tradicional americana y se llega hoy en EE.UU. y también en Canadá a que la vivienda tradicional es totalmente industrializada. Y ya desde la década del 70 se certifica la calidad de una vivienda al salir de la fábrica en forma similar a la que se está usando en Europa con otros productos y con las Normas ISO 9.000. Veremos más adelante este tipo de certificación que no alcanza a la ejecución "in situ" es decir fundaciones, anclajes, conexiones,etc. En Europa aparecen con el siglo XX las fábricas de viviendas usando hormigón armado. En Francia desde 1891 la Empresa Coignet trabaja con vigas de hormigón prefabricadas para el Casino de Biarritz y en Alemania ya se fabricaban pilotes de hormigón armado en 1906. Toda la actividad de concretar viviendas prefabricadas en hormigón se desarrolla principalmente después de la primera guerra mundial en Francia, Dinamarca y Alemania. Gropius, Mies Van Der Rohe, Nervi y muchos más descubrieron rápidamente la necesidad de hacer el cambio en la construcción para transformarla en una industria con fábricas y menor tiempo en el lugar de implantación de la obra. La segunda guerra interrumpe esos primeros pasos hasta 1950 aproximadamente en que algunas firmas francesas y dinamarquesas sentaron las bases para la construcción de edificios con grandes paneles cuyos conceptos fundamentales siguen siendo valederos. Mencionamos entre ellas Camus, Coignet, Estiot, Larsen & Nielsen y a partir de 1960 Alemania se incorpora en principio asociada a las anteriores y después con sistemas propios. En nuestro País en los primeros años de la década del treinta el Ing. José Delpini trabajó en algunas obras con elementos premoldeados. Hasta los años sesenta en los que aparecen las primeras fábricas con sistemas nacionales se trabajaba con algunos extranjeros o en baja escala de industrialización (p.ej. pequeños paneles). Posteriormente veremos algunas de esas tecnologías que gozan del mérito de haber buscado una mayor eficiencia en la construcción. Es interesante comprobar que en el período que transcurre entre las dos guerras mundiales personalidades de la arquitectura opinaron sobre la incipiente industrialización que se vislumbraba augurándole un porvenir dorado: Decía Le Corbusier en 1920: "El problema de la vivienda es un problema de la época. El equilibrio de la sociedad de hoy, depende de él. La arquitectura tiene como primera deuda, en este período de renovación que comienza como revisión de valores, una revisión de los elementos que constituyen la vivienda. La producción en serie está basada en el análisis y la experiencia. La industria en gran escala debe ocuparse de la edificación y establecer los elementos de la vivienda sobre las bases de la producción en serie. Debemos crear el espíritu de la producción en serie. El espíritu de la construcción de viviendas mediante la producción en serie. El espíritu de concebir viviendas de producción en serie. El espíritu de vivir en viviendas producidas en serie. Si eliminamos de nuestros corazones y mentes todos los conceptos muertos, relativos a la vivienda y miramos el problema desde un punto de vista crítico y objetivo, llegaremos a la Vivienda-Máquina, a la vivienda producida en serie, saludable (moralmente también) y bella al igual que lo son las herramientas e instrumentos que acompañan nuestra existencia. Bella también con toda la animación que el artista sensible puede añadir al severo y puro funcionamiento de los elementos". En 1935 escribe Gropius: "Llegaremos a un punto de competencia técnica en el que será posible racionalizar los edificios y producirlos en serie, reduciendo sus estructuras a un cierto número de elementos. Como los tacos de construcción de los niños, estos elementos se unirán en seco; esto quiere decir que la construcción terminará definitivamente de depender del tiempo. Esta viviendas completamente terminadas, construidas sólidamente al abrigo del fuego, podrán ser expedidas completamente equipadas directamente de la fábrica, llegarán a ser, a fin de cuentas, uno de los principales productos de la industria. Sin embargo, antes que esto pueda realizarse, cada parte de la vivienda (forjados tabiques, ventanas, puertas, escaleras y equipos) deberán normalizarse. El resultado neto debería ser una feliz combinación arquitectónica de un máximo de estandarización con un máximo de variedad ". Sin embargo a pesar de las expresiones los tiempos se prolongaron y la industrialización de la construcción de viviendas en Europa Occidental aún deja mucho que desear. Ante ese panorama en 1976 Marcel Lods maestro de la industrialización en Francia protestaba diciendo: "El día que se gaste en las viviendas el mismo esfuerzo que se está empleando en los objetos, habrá algún cambio. La Régie Renault encuentra absolutamente normal Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 18 Capítulo 1 24/04/2001 11:58 AM Page 19 Conjunto de viviendas industrializadas en Francia el emplear tiempo, personal, capitales extremadamente importantes en el estudio de un auto (entre el programa y la salida de serie transcurren seis años) y la Renault dispone de una documentación muchísimo más importante que la que yo dispongo para los edificios industrializados en los que estoy obligado a inventar todo desde la A a la Z. Los constructores de automóviles -o de otros objetos- no tienen, como es el caso de los arquitectos, la obligación de tener éxito al primer golpe; ellos hacen prototipos que pueden desechar. Yo trato, con grandes dificultades de realizar prototipos de elementos, someterlos a ensayos de resistencia mecánica, aislamiento térmico. Cuando admitamos este sistema, la vivienda recuperará el lugar que ha perdido con relación al resto de los objetos, pues actualmente un automóvil cuesta en francos constantes diez veces menos que lo que costaba en 1910. Es necesario que la vivienda reduzca su precio y eleve su calidad en la misma proporción". Esta desazón entre lo previsto por los grandes maestros y la realidad actual, también nos puede desanimar en la voluntad de avanzar en industrializar nuestra manera de construir en la Argentina. Pero si miramos bien como se desarrolla todo avance técnico veremos que ellos son producto de la necesidad. Cuando analizamos la industria de la construcción en los EE.UU. vemos, que se encuentra en buen grado industrializada (Se ha reemplazado la mano del artesano por la máquina). En esa sociedad se manifestaron los problemas enumerados en párrafos anteriores y la industrialización llegó como respuesta. En Europa, Francia sobre todo, se hicieron intentos de promover la industrialización con grandes planes plurianuales para sistemas constructivos, pero al cesar ese impulso oficial la actividad de los sistemas decreció, no desapareció, es decir los problemas que llevan a la industrialización no tenían tanta fuerza. En nuestro país la necesidad de industrializar no ha sido lo suficientemente fuerte para hacerlo, y no se puede, como no pudieron hacerlo en Europa industrializar porque sea razonable hacerlo. Se industrializa cuando se necesita hacerlo. La industrialización no es un fin, si no existe real necesidad de ella no aparecerá, o lo hará en grados según se necesite. La teoría sin duda nos lleva a industrializar, la realidad marcará los tiempos y formas ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 19 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 21 CAPITULO 2 Terminología C on el objeto de evitar confusiones en los términos que se utilizarán con más frecuencia se da a continuación un listado con el significado que cada uno tiene en las normas IRAM o el adoptado por la SecretarÍa de Vivienda en sus Certificados de Aptitud. - Material: Materia prima amorfa a la que a lo sumo se le ha aplicado algún tratamiento de calor.(cemento, ripio, arena, gránulos plásticos). - Elementos: pueden ser Simples: Cuando se le ha dado al material una forma para cumplir una determinada función (perfiles, placas, bloques). Compuestos: (También llamados componentes). Además de tener una forma cumplen una o mas funciones en la obra o se combinan con otros elementos (estructuras, carpinterías, paneles). - Componente: Un producto diseñado y fabricado para uno o varios usos en la construcción. Conceptualmente es similar a un elemento. En el desarrollo histórico de la industrialización el elemento comprende el todo de la función y el componente es parte del conjunto de edificio. Esto lógicamente es un acuerdo generalmente aceptado. - Componente de catálogo: Es el componente elaborado sin pedido previo e integra el acopio permanente de fábrica. - Sistema Constructivo: (Definición de la Secretaría de Vivienda), "Conjunto integral de materiales y elementos constructivos combinados según determinadas reglas tecnológicas para conformar una obra completa". En otros países se lo llama procedimiento constructivo. - Sistema tradicional: Es el de uso más difundido en cada País con Reglamentos y Normas que regulan su empleo. - Sistema no tradicional: El que no es tradicional, por sus materiales novedosos o técnicas poco conocidas. - C.A.T.: Certificado de Aptitud Técnica: documento que otorga la Secretaría de Vivienda en el que se certifica que se ha hecho una evaluación técnica favorable de un material, elemento o sistema constructivo. Otras definiciones aparecerán en el texto relacionadas con el tema en tratamiento. Aclaración: Cada vez que se nombre "Secretaría de Vivienda" nos referimos al organismo nacional que tiene el tema vivienda entre sus misiones y funciones. Lo aclaramos debido a que en distintas épocas tuvo oficialmente otros nombres y rangos. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 21 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 22 Son dos valores que se utilizan en un edificio o programa para medir y calificar la industrialización de sistemas. El "índice" es el indicador de la cantidad y el "grado" es el indicador de la calidad del tipo de industrialización adoptado. Existen diferentes fórmulas para expresar los índices de prefabricación, siendo el más difundido el siguiente: l= 100 t2 (t1 + t2) siendo t1 = tiempo de fabricación y transporte en horas-hombre/m2 de superficie útil. t2 = tiempo en obra. Aclaramos que el "índice" no representa mayor productividad o eficiencia en el empleo de los recursos disponibles, refleja con su crecimiento que la mano de obra en fábrica es mayor. Son interesantes los valores calculados con ese índice INDICE 00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Construcción de nave industrial convencional Prefabricación cerrada Prefabricación abierta Hs. - HOMBRE / m2 DE VIVIENDA MEDIA ACABADA 30 28 Fig. 1: Aplicación del índice de industrialización Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 10 5 22 21 20 15 Construcción artesanal 27 25 Premoldeo Procedimientos racionalizados Construcción tradicional evolucionada 36 35 INDUSTRIALIZADA Indice y grado de industrialización 19 17 RACIONALIZADA Se presentarán una serie de elementos que contribuyen al estudio de los Sistemas y permiten establecer parámetros para su comparación, fijando de esta manera criterios para tomar decisiones sobre la conveniencia de su uso, en cada caso. usando parámetros de rendimientos horarios generalmente aceptados, realizados por el Ing. J. Salas de España, ver Figs. 1 y 2. El primero muestra en ordenadas, grupos de tecnologías distintas con las zonas de variación al aplicar el índice en sistemas industrializados. En la Fig. 2 aparecen los índices medios para los métodos tradicional, racionalizado e industrializado y las bandas de oscilación. El modelo estudiado fue para viviendas de aproximadamente 70 m2 en bloques y operatorias superiores a 200 unidades con diferentes sistemas constructivos. La construcción industrial "convencional", (construcción de fábricas) sería la de mayor índice comparativamente, bastante lógico dada la poca variedad en exigencias respecto a las de una vivienda. El "índice" atiende exclusivamente a criterios de lograr incrementos apreciables del trabajo en fábrica, acorde con los objetivos básicos de la época en que se generalizó su uso, década del 70. No se evalúan otras prestaciones como la calidad obtenida, relación costos y performances, inversiones, consumo energético ni la calificación de la mano de obra local. La situación actual es diferente y esos parámetros no pueden ser ignorados, la implantación de una fábrica de viviendas afecta el medio ambiente por la energía usada, los residuos y emanaciones que genera, el movimiento de sus equipos, el uso de carreteras, los ruidos producidos, y muchos aspectos que dependen del sistema adoptado. En la Fig.3 se aprecia el resultado de un cálculo de los índices en horas-hombre en obra y por vivienda, según TRADICIONAL Guías para el estudio de los Sistemas Constructivos Industrializados 16 13 0 Fig. 2: Variación e índices medios estimados para procesos de construccion 22 APORTES DE MEJORAS A LAS CONDICIONES DE TRABAJO DEPENDENCIA DE LA MANO DE OBRA INMIGRADA MATERIAS PRIMAS CONSUMIDAS DISMINUCION DEL CONSUMO DE ENERGIAS NECESIDADES DE INVERSION T2 Grandes paneles de fachada sandwich de hormigón aislante – ligero.Capa ext. muy delgada. + 0 + + + – A12 T1 Grandes paneles de hormigón – homogéneo ligero.Aridos ligeros. + 0 + 0 + – A13 T1 Grandes paneles de hormigón y productos huecos. – Piezas cerámicas de grandes dimensiones. 0 0 + + 0 – t1 Hormigonado in situ. Mesas y encofrados muro. + 0 0 + – 0 A3 t2 Hormigonado in situ. Túneles. – 0 0 + – – 0 0 + + – CRITERIOS DE EVALUACION TABLA 1 2000 PROCEDIMIENTOS GENERALES EVALUADOS A11 1000 Módulos tridimensionales Prefab. pesada (hormigón) Madera Acero Tradicional racionalizado 0 Hormigón "in situ" 500 A3 A5 Estructuras prefabricadas de 0 hormigón y sistemas asimilados A62 Elementos tridimensionales – (montaje en fábrica o en obra) + + 0 0 0 A63 Vivienda unifamiliar y pequeños + edificios de estructura metálica. + + 0 + + A73 Vivienda unifamiliar tridimensional, madera, módulos, móvil. – ± ± – 0 0 A8 Cápsulas. – 0 0 – – – Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell DEPENDENCIA DE LA MANO DE OBRA INMIGRADA MATERIAS PRIMAS CONSUMIDAS DISMINUCION DEL CONSUMO DE ENERGIAS NECESIDADES DE INVERSION la tecnología empleada, realizado en Inglaterra, por I. Gauntlett director del National Building Agency. Los trazos gruesos corresponden al 80 % de los casos estudiados y los finos, 20 %, el de los casos extremos. Las viviendas analizadas tienen las mismas características del caso anterior. El grado de industrialización, como ya se dijo, es un indicador de características cualitativas y es difícil encontrar una forma general de valorar todos los factores que pueden presentarse cuando deba realizarse una elección. En Francia el "Grupo Tecnológico del Plan Construcción" dividiendo en dos grupos llamados "procedimientos tecnológicos" y "tecnología de elaboración de componentes" los valora según parámetros diversos y clasifica tomando 0, + ó –, que corresponderían a: neutro, favorable o desfavorable. Las Tablas 1 y 2 son ejemplos de la larga lista confeccionada. El objetivo del trabajo era dar criterios orientativos del grado de industrialización para la ejecución de una obra ya determinada. Todo esto es quiérase o no, subjetivo, ya que depende de quien juzga, pero las evaluaciones siempre han sido así. Es indudable también que las listas proporcionan criterios útiles al juzgar la adecuación a los parámetros de la propuesta ofrecida. El proceso se completaba con otra tabla que ordenaba APORTES DE MEJORAS A LAS CONDICIONES DE TRABAJO Fig. 3: Indices en horas-hombre totales “in situ” por vivienda para distintas tecnologías en Inglaterra + CAP. DE COMERCIALIZACION COMO COMPONENTE EJECUCION EN OBRA EVALUADA EN Hs. - HOMBRE B12 Paneles de fachada ligeros de madera. – + + – 0 0 B13 T1 Paneles de fachada ligeros no de madera. Sandwich chapa metálica y poliuretano. 0 + 0 – + 0 B13 T3 Paneles de fachada ligeros no de madera. Panel de hormgión ligero. 0 + 0 – + – B134 Amianto-Cemento. Componente de fachada – 0 0 0 0 0 B21 Componentes de tabiquería de yeso. 0 0 0 + B32 Componentes tubulares en hormigón pretensado. + 0 0 + 0 – B34 "Semilosas" 0 0 0 + – 0 B42 Componentes de cubierta y techumbre. Asfalto. + 0 0 – 0 0 B5 Componentes de equipamiento hidráulicos salvo B54 (bloques sanit. prefabricados) T1 y T2 + + + + B6 Componentes de distribución de electricidad y gas. 0 + + + CRITERIOS DE EVALUACION TABLA 2 TECNOLOGIAS DE ELABORACION DE COMPONENTES CAP. DE COMERCIALIZACION EN UN SISTEMA INTEGRADO 1500 CAP. DE COMERCIALIZACION EN UN SISTEMA INTEGRADO CAP. DE COMERCIALIZACION COMO COMPONENTE 2500 Tradicional Hs. - HOMBRE TOTALES POR VIVIENDA Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 23 0 – 0 + 23 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 24 los resultados de cada grupo respecto a los parámetros, que debían ser favorables o neutros. Tiene para nosotros la importancia de brindar datos para la elaboración de una política pública o empresarial no sólo en el aspecto tecnológico sino integral, para alcanzar un grado de industrialización adecuado a nuestra época. materiales o ejecución de la misma. De aquí sacamos que "racionalizar no significa industrializar ni tampoco lo industrializado está siempre racionalizado", lo más frecuente es que se racionalice despues de introducir la máquina en el proceso. Gérard Blachëre complementa la definición que dimos antes de industrialización con esta conocida ecuación: La serie, los materiales usados, la integración y la racionalización De la definición dada de industrialización en el Capítulo anterior se desprende que es el uso de la máquina, reemplazando al artesano, lo que determina si el sistema es más o menos industrializado y siempre refiriéndonos a la totalidad del hecho constructivo. Tener un conjunto repetitivo de productos a fabricar, tener la serie, se identifica erróneamente con industrializar. Esta aparece cuando la demanda del producto es importante y puede haber serie con productos artesanales, es decir nada industrializados. También ocurre que una construcción puede tener elementos de elevado nivel industrial y ser una construcción tradicional. Por usar ladrillos de máquina e incorporar carpintería industrializada no deja de ser tradicional un muro de cerramiento así conformado. Otra asociación incorrecta es la de uso de materiales nuevos con industrialización ya que sabemos que materiales tan viejos como la arcilla o tan usado como el cemento estan en procesos constructivos altamente industrializados. P. ej.: Células modulares de hormigón. Algunas afirmaciones sobre integración y racionalización como condiciones para poder industrializar distan de la realidad. La integración de los protagonistas de una obra y su coordinación unificada es siempre deseable en la construcción. Pero también es cierto que el proyectista de una obra pública no conoce a priori quien será el ejecutor de su obra. Sólo tiene el conocimiento de lo que necesitará para ejecutarla y lo expresa en un pliego de condiciones siendo esto suficiente para concretarla correctamente. Si entendemos por racionalización "el conjunto de estudios de métodos de producción, incluídos los de gestión y tecnología conducentes a mejorar la productividad y la rentabilidad" es obvio que nada tiene que ver con industrializar. Cualquier profesional con experiencia constructiva, aun cuando no sea mucha, puede contarnos cómo racionalizó una obra tradicional en el proyecto, transporte de Industrialización = Σ Racionalización Mecanización Automatización que comprendería un cierre total de industrializar la construcción de viviendas. La mecanización es la mayor posible, la racionalización comprende todo el proceso (diseño, tecnologías, producción) y la automatización la máxima en todos los trabajos, con el objetivo de hacer más viviendas de la mayor calidad al menor precio. Un capítulo aparte es la computarización que puede optimizar todo proyecto de industrialización, desde el diseño con la selección de la tecnología incluída, hasta el empleo de componentes y su relación con los adyacentes. No es materia de este Manual pero sí queremos destacar su importancia como una herramienta hoy casi imprescindible, que se usa en la elaboración gráfica de un desarrollo con la posibilidad de seleccionar alternativas; o la determinación de componentes por las características físicas de los materiales que los integran con rapidez y seguridad. Verificar el comportamiento térmico de una pared o techo o calcular las acciones de viento o sismo para una determinada forma de un proyecto son facilitados por el uso de la computadora. Métodos de la industrialización La clasificación de los métodos de industrialización nos mostrará que en ciertos casos, hay zonas difusas en cuanto a las definiciones, donde se hace difícil, ubicar algunos procedimientos. Aquí llegamos a dos formas de industrializar: una es ya una realidad con muchos ejemplos difundidos ampliamente y la otra es una elaboración que requiere unas condiciones previas para su aplicación, de normativa y convenios de la industria. La primera es la llamada de sistemas cerrados (o de modelos) y la otra es la de sistemas abiertos (o de elementos). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 24 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 25 INDUSTRIALIZACION Paneles prefabricados SISTEMAS CERRADOS (edificios) Pesados Livianos Sistemas de encofrado túnel Módulos tridimensionales Pesados Livianos Elementos lineales Estructuras industrializadas Paneles portantes Encofrados industrializados Estructura Prefabricados Forjados "in situ" SISTEMAS ABIERTOS (elementos) Instalaciónes prefabricadas Prefabricados Cerramientos Divisiones Industrializados "in situ" Tabiques prefabricados Los sistemas cerrados Resuelven todo un edificio y sus elementos no pueden intercambiarse con los de otras fábricas tal como sucede en la industria de electrodomésticos. Son ejemplo de ellos los de paneles prefabricados pesados o livianos, los de encofrados túnel y los módulos tridimensionales. En estos sistemas la coordinación modular y dimensional no tiene mayor importancia, es sólo una forma de trabajo interna sin relación con la que adoptan otras marcas. Se tienen en cuenta para adaptarse a las medidas más o menos corrientes de algunos elementos tales como mosaicos, azulejos y otros revestimientos, evitando cortes de piezas que demoran el trabajo y son difíciles de realizar. Los sistemas abiertos En este caso se industrializa no el edificio sino los componentes del mismo y su característica principal es la intercambiabilidad de los mismos aun cuando sean de distintas fábricas con uniones cada vez más universales. Para que esto sea posible debe haber una coordinación dimensional y modular aceptada por todos los que intervienen en el proceso constructivo y la otra con- dición es que haya una compatibilidad de las juntas. Creemos que estas son las razones que demoran su difusión pese a lo sensato de la propuesta. Tal vez en Norteamérica y Francia sean los lugares de mayores logros con este sistema. En el cuadro superior se resume lo expresado. Clasificación de los sistemas constructivos Con lo visto podemos intentar una clasificación de los sistemas industrializados más amplia.De acuerdo al objetivo buscado con la obra se hace la clasificación para compararlos y resolver el más conveniente para cada ocasión. Si se busca priorizar el trabajo en fábrica se utilizarán los "índices", si el trabajo es en zonas inaccesibles se buscarán sistemas livianos. No sería sensato trabajar con un sistema de grandes encofrados en la Antártida donde la elaboración del hormigón requeriría precauciones especiales al igual que su colocación. Si consideramos el problema de vivienda integralmente, hay que remarcar que no siempre los parámetros para una clasificación son tecnológicos. Pueden serlo de financiación, de comercialización, de consumo de energía, sociales, de ocupación de mano de obra, etc. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 25 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 26 Uno de los sistemas más usados en nuestro país, nació con la necesidad de evitar la desocupación de personal que terminaba una importante obra de hormigón en una Provincia. Por la experiencia que habían adquirido se eligió un sistema de uso intensivo de hormigón, lástima que en esa Provincia no había áridos aptos para hacerlo. Resumiendo, según la necesidad será la clasificación. En la Argentina se ha adoptado clasificar a los sistemas constructivos por el peso máximo de sus componentes y el de realización en obra. Se clasifican entonces en : - Sistemas livianos hasta un máximo de 100 Kg. - Sistemas semi pesados de 101 hasta 500 Kg. - Sistemas pesados con componentes de más de 500 Kg. - Sistemas "in situ" por realizar parte importante de la obra en el lugar y usar equipos y máquinas en obra gruesa y terminaciones Esta clasificación se usó en las obras del Fondo nacional de la Vivienda (FONAVI) al solo efecto de aplicación en distintas circunstancias impuestas por razones topográficas, distancia a los centros de provisión de materiales y de producción, limitaciones en el transporte y otras. Las motivaciones pueden ser distintas y hacen que se discriminen a materiales o tecnologías como podría presentarse en zonas de ambientes agresivos o climas marítimos que excluirían ciertos metales, o la presencia de suelos de bajas resistencia que limitan el uso de estructuras pesadas. La clasificación por el peso máximo de los componentes es muy usada en casi todos los países para una caracterización rápida de su tipo de construcción. Analizándola se observa que es también un cierto agrupamiento de tecnologías y predominancia de materiales y elementos. En los sistemas livianos se usan chapas metálicas que utilizan el plegado, la extrusión, rodillos para deformación, punzonado ,etc. para su procesado. La madera y sus derivados se trabaja en secciones de distintas escuadrías con compensados y tableros aglomerados unidos por clavos, pernos y conectores. El herramental para la madera está hoy en día tan desarrollado que en talleres y fábricas, se puede decir que existe una máquina para cada función o terminación a lograr. El hormigón liviano en placas o paneles de pequeñas dimensiones trabajado con aditivos o agregados de baja densidad se usa para cerramientos de sistemas livianos. Los sistemas "in situ" son a base de hormigones livianos colados en encofrados o capas sucesivas de morteros u hormigón convencional proyectadas sobre mallas electrosoldadas con núcleo de aislante. Esquema de sistemas volumétricos (módulos) Esquema de sistemas de placas Esquema de sistemas lineales (esqueleto) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 26 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 27 Otra clasificación muy usada es según las características estructurales: a) Unidireccionales o lineales(esqueletos); b) Bidireccionales o planos (placas, paneles); c) Tridireccionales o volumétricos (cajas o módulos). En la Tabla 3 se muestra una clasificación de los sistemas de construcción industrializada según diversos objetivos que se busque resaltar. Como ya se dijo siempre será pasible de agregar ítems que por distintos motivos puedan interesar. En este manual y por razones didácticas y el vocabulario constructivo usual en nuestro medio se han clasificado los sistemas en el cuadro que figura debajo. Consideraciones sobre los sistemas livianos y pesados Aun cuando posteriormente se desarrollarán con más amplitud las características de cada uno de ellos, creemos necesario expresar algunas ideas fundamentales que los diferencian y los hacen TABLA 3 POCO INDUSTRIALIZADO INDICE DE INDUSTRIALIZACION INDUSTRIALIZADO MUY INDUSTRIALIZADO CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PESO DE LOS ELEMENTOS DISPOSICION DE LOS ELEMENTOS PORTANTES FINALIDAD DE LA OBRA DIMENSIONES DE LOS ELEMENTOS Cuando el índice de industrialización es inferior a 0,20. Cuando el índice de industrialización está entre el 0,20 y el 0,60. Cuando el índice de industrialización es superior a 0,60. LINEALES Esqueleto PLANOS Paneles placas VOLUMETRICOS Módulos ó cajas LIVIANO Los elementos no sobrepasan los 100 kg SEMI-PESADO Los elementos tienen un peso máximo entre 101 y 500 kg PESADO El peso máximo de los elementos es superior a 500 kg LONGITUDINAL Elementos portantes principales paralelos al eje lingitudinal de la construcción TRANSVERSAL Elementos portantes principales paralelos al eje tranversal de la construcción CRUZADO Elementos portantes principales en planos eje longitudinales y transversales VIVIENDAS Unifamiliares, en altura, etc. SERVICIOS Escuelas, Hospitales, Oficinas NAVES Industriales, agrícolas OTROS Estacionamientos, silos, puentes,etc. CELULAS GRANDES PANELES Habitación, vivienda, bloque técnico Un elemento solo resuelve un paño de pared de dimensiones normales PANELES MEDIOS Una de las dimensiones es igual a la dist. suelo-techo ELEM. LINEALES Sección transversaL pequeña comparada con la longitudinal. Pueden ser simples: pilares, vigas compuestos: pórticos, semipórticos mixtos: combinación de los anteriores MATERIAL DOMINANTE LUGAR DE REALIZACION DE LOS ELEMENTOS HORMIGON Armado, pretensado, ligero, alveolar, etc. OTROS MATERIALES MIXTOS Acero aluminio, madera, plásticos, etc. Hormigón-cerámica, hormigón-acero, acero-cristal, etc. PREMOLDEO PREF. SEMIPERMANENTE PREF. FIJA Elementos preparados previamente Fábrica semipermanente de prefabricación Fábrica fija de prefabricación CONVENCIONAL MIXTO Fábrica industrial convencional Combinación de los anteriores "IN SITU" Parte importante de la obra hecha en el lugar de la construcción Livianos Paneles portantes Madera Estructuras independientes Metálica SISTEMAS CONSTRUCTIVOS INDUSTRIALIZADOS Pesados Tridimensionales Grandes paneles Con encofrados In-situ Con elementos prefabricados en obra Capas de mortero sobre mallas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 28 más o menos aptos para una circunstancia. Partiendo del concepto común para livianos y pesados, de exigirles una durabilidad similar, (50 años en nuestro País) con el mantenimiento que requieren y aceptando como superabundante o no necesario una vida útil mayor para una obra de vivienda, podemos afirmar que con ambos podemos cumplir las reglas de calidad mencionadas en el Cap.1. ¿Qué vivienda tradicional o industrializada puede durar más de cincuenta años sin conservación adecuada? La durabilidad de un casa depende de quien la ataque, un fuerte sismo destruye casas de mampostería u hormigón y no afecta a las de madera, si la acción es el fuego sucede al revés. La corrosión afecta a estructuras de acero y hormigón, el cedimiento de las fundaciones es más grave en sistemas pesados que en los livianos. Podríamos seguir dando ejemplos de respuestas distintas de sistemas livianos o pesados, ante la agresión de las acciones, climas, suelos, ambientes o cualquier otra acometida destructiva. Por esto no consideramos valorativos estos inconvenientes que hasta cierto punto pueden deberse a errores de diseño, elección incorrecta de materiales, mala ejecución, etc. Con estas prevenciones analicemos las "ventajas y desventajas" que a priori les asignamos a los sistemas livianos y pesados; considerando que las mismas son atribuibles a la mayoría de cada uno de ellos, pero recordando que pueden en algunos casos singulares no cumplirse. Esquema de vivienda de madera (Equipos DC) Traslado de módulos de hormigón (MO.HA. Argentina) Sistemas livianos Ventajas: Poca inversión inicial. Flexibilidad en el proyecto. Mayor diversidad en materiales y tecnologías. Menores costos en transporte. Más apto para obras dispersas. Más apto para terrenos pequeños y con obras existentes cercanas. Menor equipamiento para el montaje. Mayor cantidad de herramientas portátiles en fábrica y obra. Rápida adaptación de la mano de obra. Elementos independientes de un proyecto completo. Desventajas: Materiales más caros. Más desarrollo en el diseño de estructuras, uniones, carpinterías, etc. Mayor necesidad de investigación y ensayos.(Impacto, compresión, etc.). Sist. de encofrados Túnel (Integrit Argentina) Sist. de grandes paneles (Fattorello-Neuquén) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 28 Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 29 Mayor número de elementos a controlar. Mayor estudio del transporte de elementos. Mayor análisis del montaje y uniones ante acciones de viento. Estudio más completo del anclaje y las fijaciones. Mayor mantenimiento. Sistemas pesados Sist. de ejecución “in situ” desde el interior y revocando los paramentos exteriores (Plastbau-España) Ventajas: Uso de materiales más baratos y más conocidos. Tecnologías usuales y diseños estructurales experimentados. Terminaciones tradicionales. Resistencia a acciones de choque y químicas. Reducción en el número de juntas. Menor mantenimiento. Desventajas: Proyectos más rígidos. Mayor inversión inicial en moldes y equipamiento de fábrica. Encarecimiento del transporte y montaje. Mayor análisis en el diseño del acondicionamiento térmico. Mayor incidencia del transporte por sus equipos y distancias. Mayor inversión en equipos de montaje. Mayor protección del personal en el montaje y ante inclemencias climáticas principalmente de viento y niebla. Sistemas importados Sist. de prefabricación liviana con estructura de chapa de acero y paneles de hormigón (Súbitas-Argentina) En la década del 80 se produjo un ingreso de sistemas importados principalmente del continente europeo que tuvo una duración de no más de tres años. En general fueron sistemas y equipos para fabricar sistemas de grandes paneles. Se complementó esta importación con materiales como aditivos, selladores de juntas, separadores, mallas y armaduras especiales para algunos procesos. Transcurridos los años suficientes puede hacerse una evaluación de este ingreso. En principio fue sin duda positivo en un mercado dominado por lo tradicional, cerrado hasta para las publicaciones técnicas que podían difundir materiales y técnicas novedosas. Coincidente con la posibilidad, para profesionales y empresarios, de viajes a países desarrollados, significó una renovación "mental" en la construcción, afortunadamente aceptado en las universidades y constructoras sin sentirnos "agredidos por esta invasión tecnológica exterior". Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Capítulo 02 24/04/2001 12:00 PM Page 30 Concretamente, quedaron tres fábricas de grandes paneles, equipamiento para producir hormigones con fibra de vidrio y otros morteros livianos, equipos de encofrados muy tecnificados y casi al final maquinaria para paneles aislados de mallas electrosoldadas y morteros proyectados "in situ". Con el uso de la madera se construyeron obras de alta calidad, procedentes de Finlandia, Canadá y Estados Unidos que ayudaron a los productores locales a demostrar la posibilidad de este material. En lo referente a materiales y elementos podemos señalar la aparición de las placas de yeso, innumerables revestimientos de materiales poco difundidos o desconocidos. también la industria de bloques de hormigón y cerámicos pudieron ingresar nuevos equipos de alta productividad. En igual medida se incrementó el equipamiento de las fábricas de productos sanitarios y eléctricos con el agregados de diseños de valor estético importante. Si debemos evaluar técnicamente esta época, la juzgamos ampliamente positiva, una actualización postergada por abstracciones hoy incomprensibles pero no desinteresadas, que mantenían la actividad muy lejos de lo que se estaba haciendo en el mundo. A partir de 1990 y al amparo de las vigentes condiciones económicas mundiales, se está produciendo otra oleada de productos y sistemas para la construción. La tendencia muestra que la importación se orienta hacia sistemas y elementos para la construcción liviana, en su mayor parte procedente de América del Norte. En su ingreso al País aparecen sectores que no siempre pertenecen a la construcción sino que son importadores, que han encontrado el momento apto para su actividad. Esto ya ha mostrado en algunas zonas lo peligroso que resulta, cuando buenos sistemas son maltratados con cambios de materiales, tecnologías y mano Grandes paneles con cerámico (Del autor en Brasil) de obra inexperta. El importador hace la casa para venderla y hacer su negocio hoy, mañana se verá si sigue siendo rentable. Tampoco el Estado ha mostrado mayor interés en exigir el cumplimiento de las reglas de calidad fuera de su área. Los productos que se están importando son en su mayoría buenos y aptos para los países donde se fabrican, muchos de ellos inclusive vienen avalados por certificaciones de calidad y amplia experiencia. No han aportado grandes novedades tecnológicas, a excepción de algunos tableros que tienden a ser el reemplazo de los de asbesto-cemento ya prohibidos en varios países. Otra novedad es el cada vez mayor uso de estructuras metálicas livianas, (chapa plegada) que pese a ser conocidas en la Argentina desde hace mucho, se usaron poco en nuestra construcción de viviendas. Mas adelante analizaremos los aspectos mas relevantes para su ponderación ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 30 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 31 CAPITULO 3 Requisitos de seguridad Reglas de calidad L as reglas de calidad con respecto a la seguridad se encuentran en los reglamentos CIRSOC, en reglamentos específicos como el de madera en Códigos Municipales y Leyes Nacionales o Provinciales. Para aproximarnos al análisis de la seguridad estructural en los Sistemas Constructivos debemos tener presente que la reglamentación ha sido concebida y desarrollada para la forma tradicional de construir, por lo tanto cuando busquemos pautas de cálculo para algún tipo de sistema estructural novedoso o no tradicional primero debe cumplir la reglamentación nacional existente, si no la hay se recurrirá a reglamentación internacional, no sólo de procedimiento de cálculo sino de calidad de los materiales; si tampoco existe, se acude a experimentación mediante los ensayos adecuados. Estos ensayos deben cumplir la Normativa IRAM o de no contar con ella, una Normativa reconocida internacional (ASTM, British Standard, ISO, DIN). Con el tiempo un sistema constructivo, o un material novedoso, al emplearse masivamente en un país lleva a los empresarios y al Ente Normalizador a definir una Norma de uso. Este es el caso del hormigón celular en Alemania, o de algunos plásticos en los EE.UU. Las Reglas de Calidad de la Seguridad se agrupan alrededor de dos temas indicados en el cuadro. Pasaremos revista a las acciones, poniendo por supuesto como objeto de atención aquello que importa a los sistemas industrializados. Posteriomente cuando se trate en particular cada sistema, se profundizará específicamente. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell A) Acciones Cargas Gravitatorias y sobrecargas CIRSOC 101 Cargas de Viento CIRSOC 102 Cargas de Sismo NAA80 (*), CIRSOC 103 Cargas de la Nieve y del Hielo CIRSOC 104 Superposición de Estados de Carga CIRSOC 105 Acción Térmica Climática CIRSOC 107 Fuego Cód. Munic., Leyes Nacionales B) Tipo de estructura resistente y materiales Estructuras de Hormigón CIRSOC 201 Armado y Pretensado Estructuras de Acero CIRSOC 301 y siguientes Estructuras de Madera Manual de la Sec. de Vivienda Materiales Normas IRAM (*) : (Normas Antisísmicas Argentinas) 31 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 32 A) Las acciones 1. Cargas y sobrecargas Gravitatorias 1.50 Habíamos visto en el capítulo 2 que la clasificación más común de los sistemas constructivos es separar a los sistemas por su peso: Livianos y Pesados. Veamos en números qué significa esto tomando una vivienda básica como muestra la figura 1: y evaluando sus pesos, comparándola también con un sistema tradicional. (Cuadro 1) La casa construida con un sistema pesado, prácticamente pesa lo mismo que la tradicional, mientras que la liviana pesa alrededor de cuatro veces menos. Si el lugar de emplazamiento de la vivienda es apartado o de difícil acceso con los sistemas pesados se encarecen los fletes; o si el terreno es de poca resistencia sin duda el Sistema Liviano tendrá ventajas. Lo mismo ocurrirá si el emplazamiento es en Zona Sísmica donde las cargas de ese origen son proporcionales al peso, es decir un sistema liviano tendrá 4 veces menos solicitaciones de origen sísmico. Otro punto para analizar es la forma que propone el reglamento CIRSOC 101 para las sobrecargas de cubiertas, esto es según las pendientes del techo varían las sobrecargas, al aumentar la inclinación va disminuyendo la sobrecarga. (Ver Figura 2) Hay que tener en cuenta que al aumentar las pendientes crece la superficie expuesta al viento, lo cual en ciertas zonas incrementará las cargas en la estructura, por otra parte al acrecentar las pendientes se aumentan las superficies de techos y la superficie de paredes de los tímpanos en los techos a dos aguas. La pendiente ideal 2.60 z= 2.50 b = 7.00 m a = 7.00 m Figura 1 saldrá pues de estudiar las consideraciones funcionales, estéticas y económicas. 2. Acción del Viento El reglamento CIRSOC 102 tiene por objeto determinar los procedimientos y medios para obtener los valores de las acciones producidas por el viento sobre las construcciones. El procedimiento comienza determinando la velocidad de referencia del viento (β) del lugar de la obra, ver mapa de la figura 3. Estos valores de velocidad son fruto de datos estadísticos, esta velocidad al cuadrado, multiplicada por una constante y por coeficientes que tienen en cuenta la altura de la construcción, su forma y la rugosidad del terreno, determinan la presión dinámica de cálculo (qz). Luego se calcularán las acciones como prescribe la Norma (nuestra intención no es explicar la Norma, al contrario creemos imprescindible su lectura). En el diseño habrá que poner especial cuidado en la determinación de la rugosidad del lugar (Ver Figura 4), Cuadro 1 Sist. Tradicional Sist. Liviano Sist. Pesado Techos Madera-Tejas 65 kg./m2 Est. Metálica-Chapa 20 kg./m2 Losa Hormigón 8cm-Tejas 240 kg./m2 Paredes Exteriores Mamp. L. Hueco 0.20 320 kg./m2 Placa Cement. 1.9 cm Estr. Metal-Placa Yeso 70 kg./m2 Hormigón 8 cm 192 kg./m2 Paredes interiores Mamp L. Hueco 0.10 160 kg./m2 PlacaYeso-Estruc Met 35 kg./m2 Hormigón 8 cm 192 kg./m2 Total casa 50m2 50 x 65 = 3.25t 78.5 x 320 = 25.12t 78.5 x 160 =12.56t 50 x 20 = 1,0 t 78.5 x 70 = 5.5 t 78.5 x 35 = 2.8 t 50 x 240 = 12 t 78.5 x 192 =15.1 t 78.5 x 192= 15,1 t 41 toneladas 9.3 toneladas 42.2 toneladas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 32 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 33 Figura 3 CUBIERTAS LIVIANAS ( < 50 Kg / m2 ) 25 Pendiente Sobrecarga 3° < α ≤ 10° q = 30 Kg / m2 Pendiente Sobrecarga 22,5 25 α 30 α 25 10° < α ≤ 15° q = 22 Kg / m2 15° < α ≤ 20° q = 15 Kg / m2 20° < α ≤ 30° q = 12 Kg / m2 Pendiente Sobrecarga α > 30° q = 10 Kg / m2 27,5 27,5 25 27,5 22,5 30 α 32,5 25 27,5 35 CUBIERTAS PESADAS ( > 50 Kg / m2 ) Pendiente Sobrecarga 3° < α ≤ 10° q = 45 Kg / m2 37,5 α 37,5 Viento: velocidad de referencia (β) en m/seg 35 Pendiente α Sobrecarga 10° < α ≤ 15° q = 33 Kg / m2 15° < α ≤ 20° q = 23 Kg / m2 20° < α ≤ 30° q = 18 Kg / m2 35 37,5 30 32,5 40 40 Pendiente Sobrecarga α > 30° q = 15 Kg / m2 α Fig. 2: Pendientes y sobrecargas usadas en cubiertas inaccesibles pues las cargas de viento cambian sensiblemente. Para la casa de la figura 1, y tomando su ubicación en Salta (Zona de Velocidad de referencia baja β =22.5 m/seg), Buenos Aires (valor medio β=27.5m/seg) y Ushuaia (valor máximo, β=40 m/seg) se determinaron los valores de la presión dinámica de cálculo para una altura de Z = 2.50 metros. (Ver Figura 5) Los sistemas livianos deben ser especialmente verificados a esta solicitación, tanto por resistencia como por deformaciones en sus muros. Otro tanto ocurre con las pendientes del techo que pueden pasar de succión a presión al variar sus inclinaciones. En el caso de las cargas de Viento los sistemas livianos tienen desventaja con respecto a los pesados; en un sistema liviano al presentarse la succión, por ejemplo en una cubierta, la fuerza ascendente puede tranquilamente superar el peso de la cubierta, siendo necesario considerar entonces que elementos antes traccionados ahora se comprimen (pudiendo pandear), o elementos que con el peso propio y la sobrecarga apoyaban, ahora deben estar anclados. En cambio, los sistemas pesados normalmente el peso de los techos supera la succión. 3. Acción Sísmica Con el objeto de dotar a las construciones de un grado de seguridad ante la acción sísmica el INPRES (Instituto Nacional de Prevención Sísmica. San Juan) en 1980 elaboró la NAA80 (Normas Antisísmicas Argentinas) donde se incluyen Prescripciones Transitorias relativas al diseño sismorresistente de sistemas constructivos no tradi- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 33 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 34 Rugosidad 23 Ushuaia Buenos Aires Salta IV 11 8 Ushuaia Buenos Aires Salta 49 III 23 16 Ushuaia Buenos Aires Salta 97 II 46 31 Ushuaia Buenos Aires Salta 178 I 84 56 0 50 100 150 200 Presión Dinámica de Cálculo (kg / m2) Fig. 5: Comparación de las presiones dinámicas de Cálculo para la altura z = 2,50 m y la Vivienda de la fig. 1 Figura 6 4 3 2 1 0 Zonificación sísmica 0 1 2 3 4 Zona 0 Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Fig. 4: Las rugosidades del terreno cionales. Posteriormente una comisión INPRES-CIRSOC elaboró la normativa que conocemos como INPRES-CIRSOC 103 que en su PARTE 1 da la Zonificación Sísmica, criterios de análisis y diseño, comportamiento de suelos, etc.; mientras que en la PARTES 2 y 3 especifica los requisitos a cumplir por las estructuras de Hormigón y Mampostería; quedando en vigencia para el resto la NAA80. En el mapa de la figura 6 se observa la Zonificación Sísmica de la NAA80. La Zona 4 es de muy elevada peligrosidad sísmica, la 3 es de elevada peligrosidad, moderada la 2, la 1 reducida y por último la Zona 0 es de muy reducida peligrosidad. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 34 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 35 Favorable a b 0,5 < a b <2 Desfavorable Corrección Fig. 7a: Siluetas de plantas Favorables Ubicación del centro de masas Coinciden la ubicación del centro de masas y del centro rígido. No hay excentricidad. No hay momentos torsores Desfavorables Ubicación del centro de masas C.Masas C.R. Excentricidad Fig. 7b: Ubicación de planos verticales resistentes Consideraciones relativas al reglamento que influyen en el diseño: Como actitud el proyectista de sistemas industrializados (y de cualquier otra construcción) debe usar a los reglamentos como guía para su estructura y no como un obstáculo a ser salvado o requisitos a ser cumplidos. El espíritu de los reglamentos antisísmicos se basa en buscar que las estructuras sean: • De plantas simples, regulares, lo mas simétricas posibles, evitando plantas alargadas. Utilizar en los casos necesarios juntas para separar volumenes de vibración distinta. (Ver figura 7a) • Que el centro de los planos resistentes (Centro de rigidez), no se aparte demasiado del centro de masas evitando así momentos torsores importantes. • Evitar las vigas de grandes luces que provocarán concentración de carga en sus apoyos. • Que la estructura permita deformaciones que disipen energía sin colapsar. Los puntos anteriores son generales para toda construcción. En particular para los sistemas constructivos la NAA80 mayora los esfuerzos en las uniones, es decir pide que las uniones ofrezcan más seguridad que el resto de la estructura, es una forma para que se preste especial atención a este tipo de detalles. También limita la altura a construir con sistemas constructivos en zonas sísmicas. El Instituto Nacional de Prevención Sísmica evalúa las características de los sistemas industrializados otorgando Certificados de Aptitud Sismorresistente. Consideraciones sobre el proyecto de la Vivienda: El proyecto para la zona sísmica debe considerar que habrá que colocar planos de rigidez verticales de manera simétrica, al cual se ajustarán la ubicación de vanos. (Ver figura 7b) En los sistemas livianos es importante la ubicación del tanque de reserva de agua, pues el peso de éste es muy importante comparado con el del resto de los elementos. Se deberá analizar si no resulta más económico colocar el tanque en una torre auxiliar. La simplicidad del funcionamiento estructural debe ser prioridad, debe haber un claro recorrido de las cargas a la fundación. 4. Cargas de la Nieve y del Hielo El mapa de la figura 8a, del CIRSOC 104, ilustra las zonas donde se debe considerar la carga de Nieve. Los valores de esas cargas van de los 30kg/m2 hasta más de 320 kg/m2 según su ubicación específica. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 35 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 36 Figura 8a Figura 8b q nieve II I Zona I Se considera que la ocurrencia de nevadas en esta zona es improbable Zona II En esta zona pueden ocurrir nevadas en forma, ya sea extraordinaria, normal o frecuente. Para Islas Malvinas, Islas del Atlántico Sur y Sector Antártico no se dan valores por carecer de información Fig. 9: Cargas de hielo sobre el borde de un techo La carga de nieve (Peso específico=300kg/m3) del lugar estará afectada por un coeficiente K que tenga en cuenta la forma del techo que favorezca o impida la acumulación de nieve. La carga de nieve a considerar será q= K. qo; siendo qo=carga de nieve según la zona (CIRSOC 104); el coeficiente K es función de ángulo a de la cubierta con la horizontal. Así para poca pendiente α < 20° será K=1 (máximo), para α entre 20° y 60° será K= cos α, y para cubiertas de mucha pendiente α > 60° la carga de la nieve será nula: K=0. Como recomendación final no se debe olvidar que el estado de carga de nieve debe considerarse asimétrica de tal manera de cubrir los casos del tipo que muestra la figura 8b. La carga de hielo es el peso de la posible formación de hielo sobre los elementos constructivos, la formación de hielo depende de la temperatura del aire, la humedad, la presión, la velocidad del viento, la altura del lugar y la geometría de la construcción. El Reglamento hace consideraciones sobre cómo se forma ese hielo, y dónde se forma. En esta breve síntesis debemos resaltar que el peso específico del hielo es de 920 kg/m3, de allí que su peso debe ser tenido muy en cuenta en las zonas donde haya antecedentes de su formación (Ver figura 9). 5. Acciones térmicas climáticas Por variaciones térmicas los elementos de una construcción cambian su forma, este cambio puede provocar deformaciones, dilataciones o contracciones, si sus características de vinculación se lo permiten, o tensiones si los vínculos son tales que restringen la deformación. Se debe prestar mayor atención a los elementos de materiales que tienen alto coeficiente de dilatación o los casos de construcciones muy extendidas. La recomendación CIRSOC 107 dice que para determinar la acción térmica climática se debe tener en cuenta la ubicación geográfica de la construcción y estudiar especialmente la influencia de la secuencia constructiva, de las características de la estructura y del fenómeno climático de la temperatura. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 36 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 37 Como aspectos a tener en cuenta en el análisis la Recomendación enumera: a) la época del año en que se completa cada parte de la construcción b) el tipo de vinculación al suelo (si permite los desplazamientos) c) qué orientación tiene cada cara, su color y tipo de superficie d) Si existe o no aislación térmica e) Si existe calefacción o refrigeración La recomendación CIRSOC 107 presenta dos mapas con dos tipos de diferencias de temperaturas, que usará como guías el proyectista. En el mapa de la figura 10 se presenta la distribución de la amplitud anual de los valores medios mensuales de temperatura (La amplitud es la diferencia entre las temperaturas medias del mes más caliente y del mes mas frío; por ejemplo la diferencia entre la media de Enero y la media de Julio), este tipo de datos se emplea por ejemplo en los elementos que tienen una inercia térmica grande como los elementos de hormigón de gran espesor. Para los elementos con poca inercia térmica, que se calientan y enfrían rápidamente, el valor a usar es el del mapa de la figura 11. Allí se encuentra la distribución de la diferencia entre las temperaturas máximas absolutas y mínimas absolutas de un determinado lugar. Para la amplitud diaria, diferencia entre la máxima y mínima de un día, se toma 25°. Existe un trabajo en el Anteproyecto de Recomendación CIRSOC sobre Elementos Prefabricados de Hormigón Armado y Pretensado, que acota las variaciones de temperatura como vemos en el mapa de la figura 12. Lo que se representa es la distribución de la variación de la temperatura (∆t) de diseño, que se define como ∆t = Tm - Tc , donde Tm es la temperatura media durante el período normal de construcción en la localidad donde se realizará la obra. Tc es la temperatura que es igualada o excedida en promedio el 99% del tiempo durante los meses de invierno (junio, julio y agosto). Algo así como una mínima de invierno. Para los sistemas pesados, esta recomendación parece la más adecuada. 24 21 23 22 20 19 18 25 10 17 12 21 16 15 12 17 16 15 16 14 12 60 55 50 10 25 24 23 22 21 17 16 15 17 16 15 20 19 18 17 12 17 8 10 15 6 Fig. 10: Distribución de la amplitud anual de los valores mensuales Fig. 11: Distribución de las diferencias entre las máximas absolutas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 12: Variación de la temperatura de Diseño 37 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 38 Encuentro de muro cortafuego y muro exterior Revestimiento incombustible Prolongación opcional Pared exterior Muro cortafuego de ladrillo Encuentro de muro cortafuego con techo 150 mm para 2 hs. de resistencia 900 mm para 4 hs. de resistencia entramado de techo muro cortafuego Paredes divisorias resistentes al fuego Encuentro entrepiso - pared aislamiento (20 mm) Piso superior resistencia mínima 45 min machimbre (20 x 90 mm) contrachapado (12,5 mm) Entrepiso corte vertical viguetas (40 x 240 mm) tablero de yeso (12,7 mm) parante de madera (40 x 90 mm) resistencia mínima 1 h corte horizontal aislamiento 2 tableros de yeso (9,5 mm) Fig. 13: Detalles de muros cortafuego en sistemas de madera 6. Riesgo de Fuego No existen edificios a Prueba de Fuego, lo que existe son edificios que continuan con cierto nivel de seguridad durante más o menos tiempo cuando son atacados por el fuego. Entonces el diseño estará orientado a resistir al fuego la mayor cantidad de tiempo posible y como mínimo el tiempo que marcan los Códigos según la Carga de Fuego que sea posible encontrar en el lugar. Por supuesto en el diseño se deben tomar las precauciones para evitar que ocurran los incendios, evitando la propagación del fuego, proveyendo salidas de escape adecuadas, la posibildad de evacuar el humo, etc. El riesgo de incendio en las viviendas tradicionales de baja altura no suele ser muy atendido, sin embargo en los sistemas industrializados por sus materiales y procedimientos no muy difundidos requieren tener un análisis cuidadoso del diseño y sus detalles. Sin duda el comportamiento del ladrillo ante la acción del fuego está entre los mejores: no se daña mayormente con temperaturas que oscilan entre 800° y 1000°, recién después de los 1000° se raja debido a dilataciones desiguales. El acero, por el contrario, sufre dilataciones importantes a partir de los 270° e importantes pérdidas de resistencias a partir de los 500°. El hormigón, según los agregados que se utlicen, se comienza a cuartear cerca de los 200° y a perder la mayor parte de su resistencia a los 500°. La madera comienza su combustión a los 275°. Las piezas de madera de secciones importantes al carbonizarse superficialmente, retardan la destrucción, pues esta zona proteje al núcleo. Existen tratamientos a base de pinturas, para las construcciones existentes, o de inmersión que reducen el grado de combustibilidad de la madera o que retrasan la propagación de la llama. Algunos tableros de revestimiento otorgan resistencias al fuego, entre los mas efectivos están los de yeso, que al colocar doble tablero de yeso de 12.5 mm otorga 30 minutos de resistencia al fuego del muro. La lana mineral usada como aislante, también es un retardante del fuego. (Ver figura 13) Un caso que debe ser estudiado es el de los plásticos y elementos afines, usados tanto en recubrimientos como en aislaciones, ver que cambios sufren sus propiedades ante el calor o si su combustión puede provocar gases tóxicos. B) Los esquemas estructurales Cargas Verticales: Techos: Para describir la resolución estructural de las distintas posibilidades de techos, hay que tener presente el tipo de sistema que se está empleando, por ejemplo no sería sensato colocar un techo de losas de hormigón sobre las paredes de un sistema liviano. Por lo tanto los componentes estructurales deben seguir el espíritu del sistema, si se trabaja con sistemas de paredes cuyos componentes no necesitan grúas para su emplazamiento, sería perder esa característica el requerir equipo pesado para montar el techo. Estructuras de techos de Sistemas Livianos: Se agrupan las posibles soluciones en (ver fig.14): 1. El techo tiene estructura de Cabriadas o vigas principales sobre las que apoyan las correas a las que se fija la cubierta. 2. La estructura del techo está formado por Cabios, don- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 38 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 39 Losas unidireccionales Sistemas livianos Cabriada Correas Muros portantes o columnas Figura 16 Losas de grandes dimensiones 1. Sistemas de Cabriadas y Correas Cabios Muros portantes o columnas 2. Sistemas de Cabios que apoyan sobre muros portantes 3. Bóvedas u otras formas Fig. 17: Muros portantes en grandes paneles (Supercemento Arg.) Fig. 14: Distintos esquemas estructurales h α n ció ra pa se Figura 15 de se fija la cubierta, que apoyan directamente sobre los Muros Portantes. 3. Bóvedas u otras formas. La primera solución es sin duda la más utilizada por los sistemas livianos en nuestro país, hay una gran variedad de configuraciones de cabriadas. Las variables para el diseño serán (ver figura 15): *Pendiente y altura de las Cabriadas: ésta a su vez depende de las posibles cargas de Nieve o Viento, y de la luz a cubrir; las pendientes clásicas para viviendas económicas están entre los 15° y 30°. *Separación entre Cabriadas: estará dada por la posibilidad de apoyos: columnas o muros portantes por razones de Coordinación Modular, la magnitud de las cargas y el tipo de correas a utilizar. Poner las cabriadas muy separadas puede significar una cabriada muy pesada, o correas muy importantes. Geometría interna de la cabriada: depende del tipo de cubierta, que es la que define la cantidad de correas necesarias, y siempre es mejor ubicar el apoyo de las correas en los nudos para evitar la flexión en las barras superiores, también hay que considerar que el cielorraso Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 39 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 40 N = 1600 Kg Chapa de acero esp.:0,5 mm Núcleo alveolar "Honeycomb" ,, ,, , Ensayo rotura del panel de 1,20 x 3,00 m N = 1600 Kg 9 cm Figura 19 Fig. 18 a: Columnas de madera Fig. 19 Perspectiva del panel estos casos es el análisis de las condiciones de apoyo y su comportamiento ante la succión del viento. Estructuras de techos de los Sistemas Pesados Losas: Las variantes en cuanto a los techos en sistemas pesados es la forma de trabajo de las losas: unidireccional o cruzada (ver figura 16), que se relaciona con las dimensiones, de la losa. La losa completa sobre uno o varios ambientes, cuando es posible, permite evitar juntas (excepto si hay cumbrera). Sin duda el factor que decide el tamaño de las losas será la disponibilidad de equipo de izaje y de moldes. Techos Livianos: se aplica lo visto para sistemas Livianos. Fig. 18 b: Columnas de chapa de acero Columnas o muros portantes se sujeta al cordón inferior de la cabriada. La segunda solución es muy utilizada en los sistemas livianos de América del Norte, se basa en armar el techo en base a Cabios cada 40 cm que a su vez apoyan en el entramado de parantes de las paredes, permite manejar pendientes menores, pero implica tener paredes portantes internas y de altura variable. Existen también sistemas que utilizan un panel de techo, de similares características a los paneles usados en las paredes. La tercera posibilidad agrupa a las excluidas de las dos primeras que son las más usadas, colocamos el ejemplo de la bóveda de cañón corrido empleado en nuestro País por un sistema liviano, la precaución a remarcar en Los sistemas pesados, en general no tienen inconvenientes en soportar las cargas verticales, al usar materiales cerámicos u hormigones en espesores importantes con armaduras y con encadenados perimetrales, se comportan sin exigencias frente a las compresiones. Su funcionamiento será el de columnas y vigas, o el de muros portantes, según presenten o no vanos. (Ver figura 17) Los sistemas livianos, en cambio deben ser analizados con mucho cuidado pues por la naturaleza de sus materiales no hay reservas para tomar compresión en los que sirven de cerramiento. Por ejemplo: las placas de Yeso de 1.25 cm de espesor, o una placa de fibrocemento, no pueden tomar cargas en su plano, por lo tanto se deben Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 40 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 41 prever las columnas, o parantes, capaces de resistir las cargas provenientes del techo (ver figura 18). Estas columnas de ser metálicas se podrán calcular con los reglamentos CIRSOC o si son de madera con los valores del Reglamento de la Secretaría de Vivienda. Sin embargo podemos tener el caso, frecuente, de que la pared sea de hecho resistente a la compresión aunque no exista reglamento que avale su funcionamiento, se recurre a los ensayos de compresión del panel de pared portante, según normas, y con esos resultados, adoptando un coeficiente de seguridad, se procede a verificar la resistencia del muro. Existen distintos sistemas con elementos que tomados aisladamente no tendrían posibilidad de resistir a la compresión, sin embargo ensamblados en el panel que constituye la pared desarrollan resistencias a la compresión necesarias. Una buena demostración de esto es un sistema (ver figura 19) del tipo Honey-Comb (Panal), que consiste en chapas lisas de acero y de un espesor de 0.5 mm en sus caras y un núcleo alveolar de papel kraft con tratamiento y encolados, panel de uso en la industria aeronáutica. Este tipo de panel ha sido usado en nuestro país y de sus ensayos la carga mínima de rotura de la serie de ensayos, ha sido de 1600 kg para un panel de 1.20 m de ancho y 3 metros de alto, estos valores, si bien no son elevados, lo habilitan perfectamente para servir de apoyo al techo de una vivienda de planta baja. Figura 20: Grandes paneles (Supercemento Arg.) Recorrido de cargas horizontales Carga horizontal incide sobre paredes Apoyo: Arriostramiento horizontal h' Apoyo: Fundación Carga horizontal pasa por arriostramientos horizontales Apoyos: Arriostramiento vertical d Cargas Horizontales En la figura 21 se ve el recorrido de la cargas horizontales. Las cargas llegan a arriostramientos verticales Paredes con cargas perpendiculares a su plano En los Sistemas Pesados, como ocurre en los tradicionales, las paredes tienen aptitud para resistir cargas perpendiculares a su plano. Los paneles de hormigón que se usan de cerramiento poseen armaduras resistentes en sus caras que toman la tracción. Los espesores de las paredes aportan rígidez evitando deformaciones excesivas. (Ver figura 20) En los Sistemas Livianos la forma de darle resistencia y rigidez a las paredes es con el uso de los parantes o columnas, pues las placas de revestimiento tanto exteriores como interiores en general tienen poco espesor y poca resistencia a la flexión. (Ver figura 22) La comprobación de estos parantes si son de madera o metal se hará según la reglamentación. Se debe verificar que las placas de cerramiento, sean del material que fuesen, verifiquen los ensayos de choque duro y blando según normas IRAM. Como se vió en el caso de las cargas verticales, hay sis- Gravedad Descarga a fundaciones Fig. 20 21 fig. temas livianos que su panel de pared, por su conformación, resiste cargas perpendiculares a su plano. En el ejemplo de los paneles de Honey-Comb no hay reglamento que avale su resistencia a la flexión, pero los resultados de los ensayos normalizados fueron satisfactorios. (Ver figura 23) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 41 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 42 Placa de yeso Estructura metálica ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, Placa exterior cementicia Aislación de fibra de vidrio Revestimiento acrílico Fig.22: Estructura de pared en sistema liviano Arriostramientos horizontales 30 K g Se llama arriostramiento horizontal a todo elemento que, a nivel de cielorraso o cubierta, tome las cargas horizontales, que transmitidas por las paredes, inciden en la parte superior de la vivienda y las transmitan a los arriostramientos verticales. Como se había visto en el punto sobre techos, los sistemas pesados al emplear losas ofrecen la posibilidad de Choque Blando P P Arriostramientos verticales Flexión l 3 l 3 contar con elementos planos de gran rígidez para trabajar como arriostramientos horizontales. Las alternativas aparecen en los Sistemas livianos, en los esquemas de la figura vemos los más comunes. Ver figura 24: 1. Viga superior. 2. Viga reticulada a nivel de cielorraso o de cubierta. 3. Cubierta o cielorraso rígidos en su plano. En el caso 1 se deberá tratar de que la viga tenga la menor luz de flexión posible, lo cual obliga a buscar apoyos en las paredes interiores, por lo tanto las paredes interiores deberán ser capaces de soportar estas fuerzas horizontales. El caso 2 es la clásica solución de las vigas contraviento de la construcción de naves industriales metálicas, es una solución que se puede ejecutar con sistemas de madera ademas de los de acero, su ventaja es que permite una gran rigidez con luces grandes entre sus apoyos, su desventaja es que requiere mayor cantidad de piezas y el empleo de más mano de obra. El caso 3 es una solución muy empleada en los sistemas norteamericanos y consiste en darle rigidez al techo a través de las placas de terciado que utilizan sobre los cabios o tirantería del techo. En los códigos de construcción de EEUU y Canadá estan tabulados los espesores que deben tener estas placas de madera, el entramado al cual estan fijados, la cantidad y el tipo de clavos, y los detalles de uniones para transferir esfuerzos. En esos países la fabricación de esos tableros de terciado o contrachapado (plywood) se hacen bajo normas y están preparados para uso estructural (en capítulos sucesivos se desarrollará el tema). Este caso es un ejemplo de como trabajando y fabricando bajo norma se logran economías; en efecto en nuestro país al no contar con producción normalizada para uso estructural de estos tableros, ni tener normas que regulen su uso, se han construido vivendas donde a pesar de tener este elemento rígido en el techo ha sido necesario colocar una viga de arriostramiento horizontal pues no se podía justificar la resistencia de las placas de contrachapado en el techo. l 3 Fig.23: Esquema de ensayo de paredes Nuevamente en los sistemas Pesados es muy sencillo tomar las fuerzas horizontales, en general las paredes pesadas ofrecen gran capacidad de tomar corte. Los sistemas livianos tienen diversas alternativas: 1. Aporticamientos. Ver Figura 25. 2. Columnas rígidas empotradas a la fundación. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 42 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 43 1. Aporticamientos P Perfil "U" P ó 1) Viga superior Variante En acero Viga reticulada a nivel cielorraso Rigidizaciones ,, ,, ,,, ,,, Viga de chapas de acero Empalme en viga Empalme atornillado "in situ" Columna 2) Viga reticulada Columna Placas de madera contrachapada Planchas de acero soldadas Cabios Clavos c/ 30 cm Tablero de terciado En madera Solera Parantes Dirección de la veta 3) Cubierta rígida por su revestimiento con placas de terciado estructural 2. Columnas empotradas Fig. 24: Formas de arriostramiento horizontal h Este tipo de solución requiere secciones importantes de vigas y columnas, pero sobre todo que la unión viga columna sea rígida, es decir que pueda transmitir momento. Esta necesidad es la más dificil de superar, pues materializar esa unión es en la generalidad de los casos, costosa. En los sistemas livianos de estructura de madera requeriría una cartela de placa importante por lo menos con tres puntos de clavado en cada pieza, o algún tipo de encastre especial. En los sistemas de estructura Momento M = h.P ,,, ,,, 3. Cruces de San Andrés (contraventeos). Ver Figura 26 4. Paneles sucesivos unidos al corte.Ver Figura 27. 5. Rigidización con revestimientos estructurales. Ver Figura 28. 1. Aporticamientos P Fig. 25: Arriostramientos verticales: Aporticamientos y columnas empotradas de acero se puede soldar la unión pero eso requiere un soldador y ejecutar un trabajo mas complicado que pasar tornillos, es decir mano de obra más cara y un control más especializado. 2. Columnas rígidas empotradas Esta solución nos evita rigidizar el nudo pero requiere elementos más rígidos en las columnas y un anclaje a las fundaciones importante; es más adecuada para los sistemas pesados. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 43 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 44 P P Columnas o parantes de madera Tablero de contrachapado P Clavos Resistencia de los clavos Fuerza horizontal actuante Tableros de madera contrachapada Fig. 26: Contraventeos (cruces de San Andrés) Paneles sucesivos al corte P Anclaje Anclaje h Fig. 28: Arriostramientos verticales: Rigidización con tableros 3. Cruces de San Andrés (contraventeos) M = P.h Z Panel rígido Uniones laterales al corte Es la solución mas económica desde el punto de vista de la estructura, pero tiene como puntos en su contra el hecho de que interrumpe vanos donde no es posible colocar aberturas importantes, además el hecho de tener que colocar las diagonales puede entorpecer el armado normal de la pared y obligar a piezas o cortes especiales. En las fundaciones se deben tener muy en cuenta los tiros de estas diagonales. (Fig. 26) Z 4. Paneles sucesivos al corte. Z Anclajes Sistema "Cibeco Arg." Fig. 27: Arriostramientos verticales: paneles al corte Esta solución es usada cuando el sistema no tiene una estructura independiente sino que los paneles de cierre son portantes y tiene resistencia al corte. Es este un caso donde las uniones entre paneles están solicitadas al corte. (Fig. 27) 5. Rigidización con revestimientos estructurales Al igual que habíamos visto en los arriostramientos horizontales existe una rígidización que se puede conseguir a través del revestimiento empleado. Como en el Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 44 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 45 Fig. 30: Viga de fundación en sistema liviano y @ À , y,À@y,À@ y,À@y,À@y,À@ @ À , y y,À@ Fig. 29: Fundaciones grandes paneles Sistema liviano sobre zapata corrida Peso del muro y techo /m Kg 20 3 q= Muro de sistema liviano , , y,À@y,À@,yÀ@,,,, , , ,À@ ,, ,y Zapata corrida 100 kg 10 cm x 30 cm reacción del terreno σt= 320 Kg = 0,16 20 x 100 cm2 σt= caso anterior tanto el revestimiento como el entramado sobre el que se lo aplique deben estar sujetos a Normas y Códigos, como sucede en los EEUU y Canadá, donde despues de ensayos y acuerdos entre fabricantes, se confeccionaron tablas para usar las paredes con revestimientos como elementos que sin duda contribuyen a tomar la fuerzas horizontales. Esto es una simplificación muy importante pues determinadas las cargas horizontales, ya sean de viento o sismo, se verificará si con los metros de paredes revestidas según tablas se tiene la resistencia necesaria para tomar la fuerza lateral. (Fig. 28) Zapata corrida Elemento de anclaje Terreno Fig. 30: Fundaciones comunes en sistemas livianos 100 Kg = 0,17 20 x 30 cm2 Fig. 31: Tensiones en el terreno por fundación de sistema liviano Entrepiso de madera Fundaciones En los sistemas pesados las posibilidades de fundación no difieren de la forma de cimentar las construcciones tradicionales, pero existen además algunas posibilidades muy interesantes en cuanto al aprovechamiento de la rigidez que presentan los grandes paneles o células de hormigón (Fig. 29). En suelos firmes se pueden utilizar bases aisladas, construídas en el lugar o bien premoldeadas. En suelos menos firmes la fundación deberá repartir la carga transversalmente al plano del panel, en el sentido del largo del panel su rigidez distribuirá parejamente las cargas. El poco peso de los sistemas livianos se manifiesta claramente cuando se comparan sus fundaciones con la Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 45 Capítulo 03 24/04/2001 12:23 PM Page 46 de los sistemas pesados o tradicionales. Como se vió al comienzo del capítulo los sistemas livianos pesan hasta 4 veces menos que los pesados, y lo corriente es el uso de zapatas corridas o plateas delgadas con nervios bajo las paredes portantes. (Ver Figura 30) Veamos con números de que magnitud de cargas se trata cuando analizamos las fundaciones de sistemas livianos; tomemos el peso aproximado de una casa de 50 m2: 9100 kg, suponiendo que se apoya en zapatas corridas coincidentes con las paredes perimetrales cuya longitud es: 4m x 7.10m = 28.4 m, es decir que tendremos 9100 kg / 28.4 kg = 320 kg/m si suponemos un ancho de la zapata de 20 cm, la presión sobre el terreno será: 320 kg/ (20 cm x 100 cm) = 0.16 kg / cm2. Es una tensión sumamente baja. (Ver Figura 31) ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 46 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 47 CAPITULO 4 Requisitos de habitabilidad Introducción E l estudio sistemático de la construcción, iniciado en Europa, hace más de treinta años, trajo como resultado más importante, ante los problemas constructivos, la adopción en su planteamiento y solución, de criterios basados en la ciencia. Es decir: partir de unos requisitos, proponer objetivos y adecuar los medios para la solución. Entramos en el desarrollo de una materia que por especiales situaciones mundiales: escasez de los combustibles, aumento del precio del petróleo por sus productores más importantes, mayores exigencias de los usuarios y otras, creó la necesidad de estudiar científicamente el tema del acondicionamiento del ambiente interior de nuestras viviendas. Efectivamente, el aislamiento térmico, nunca considerado importante en el diseño, pasó a ser una auténtica preocupación para arquitectos e ingenieros de los países más desarrollados, que más energía consumen y menos petróleo tienen. Y es realmente curioso que el tema del aislamiento en edificios haya sido tan descuidado, cuando es una exigencia primaria de los seres humanos mantener sus viviendas calientes en invierno y frescas en verano. Las necesidades del aislamiento térmico, aun hoy en la Argentina, son subestimadas. Hasta aquel que puede hacerse su propia casa, actúa como ignorando que es un derroche de dinero personal y nacional no aislar por lo menos los muros y techos. En personas mayores se producen muchos casos de hipotermia por su permanencia en casas muy frías y no es aventurado suponer que hay enfermedades infantiles graves por la misma causa. El caso de las gripes y alergias con origen en hongos y humedades que son incrementados por esta “enfermedad” de las paredes y techos. Estas enfermedades humanas y constructivas y su relación, están reflejadas en muchas investigaciones principalmente suecas, danesas e inglesas que tuvimos oportunidad de conocer. Se trata entonces en este Capítulo de las aislaciones térmicas y el control de la humedad. Y por fin de la aislación contra el ruido causante también de enfermedades leves y graves y de molestias contra nuestra tranquilidad y sueño. Tomaremos como referencia para el cumplimiento de las reglas de calidad en la habitabilidad, las normas nacionales IRAM y el agregado en algunos casos de normas extranjeras para complementar las nuestras. A. Nociones térmicas Previo al estudio del confort interior de nuestras viviendas, recordemos los conceptos físicos elementales referidos al calor y su intercambio entre distintos cuerpos. Ordenamos su estudio de la siguiente manera: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Nociones térmicas y conducción 1) Transmisión de calor 2) Agua convección radiación conducción evaporación condensación 3) Inercia térmica 47 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 48 En principio recordemos que la temperatura es la manifestación de la velocidad de agitación de las moléculas en los fluídos y de las estructuras cristalinas en los sólidos que conforman la materia, y que no podemos impedir el paso del calor de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Lo que hacemos al aislar es retardar el paso. Siempre se producirá un flujo calorífico entre el cuerpo de mayor temperatura al de menor, hasta llegar a la igualdad de las mismas. VERANO ts q Aire frío , , ,, , 1) Transmisión de calor. ta Flujo descendente ta > ts Fig.2: Convección pequeña Este intercambio térmico puede ser: Convección: entre un cuerpo, (pared, cuerpo humano,etc.) y el aire u otros fluídos. Radiación: entre dos cuerpos próximos. Conducción: entre dos cuerpos en contacto o dos partes de un mismo cuerpo. Este movimiento de calor es el que genera las pérdidas de un elemento y las ganancias del adyacente. Veamos un análisis de cada uno de ellos que nos ayudará a comprender las causas de los movimientos térmicos y su uso adecuado en el diseño. Flujo ascendente INVIERNO , ,, ,, Aire frío ts ta > ts ta Fig.3: Convección muy fuerte Convección ,,, Supongamos el caso de la Fig.1. Temperatura aire: ta ºC Temperatura superficie: ts ºC ta > ts entonces la dirección del flujo es desde ta a ts. El flujo calórico “q” recibido por la superficie es proporcional a: la diferencia de temperatura (ta - ts) en ºC y a un coeficiente de convección αc expresado en W/m2 ºC (1) : q = αc (ta - ts) expresado en W/m2. El valor de αc es función de la velocidad del aire. flujo q ts: Superficie ta: Aire Fig.1: Aire en calma ta > ts Aire caliente q El aire en contacto con la superficie se enfría, al ser más pesado que el aire caliente cae, iniciando un movimiento descendente, que se denomina convección natural. Cuanto más rápido sea el cambio de aire frío por caliente, mayor es la velocidad y más importantes los cambios. Si el movimiento se origina por ejemplo en la ventilación del local, infiltraciones, aperturas de puertas, desplazamiento de objetos, personas o encima de los radiadores se llama convección forzada. La inversa del coeficiente de convección es: 1/αc = Rs resistencia térmica superficial. quedando la ecuación (1) q = (ta - ts) /Rs αc también es función de la orientación de la superficie y el sentido del flujo. Es decir, si la superficie es horizontal el flujo puede ser descendente o ascendente. Recordemos que el aire caliente se eleva y el frío “cae”. Entonces el movimiento que se genera entre el aire caliente y el frío por las distintas densidades, hace que el frío permanezca abajo y el caliente suba hasta encontrar la superficie horizontal que lo detenga. En la Fig. 2 se ilustra el sentido contrario del aire que se eleva con el del flujo de calor que hace que la convección sea reducida y los valores del coeficiente αc son menores. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 48 , , , , Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 49 q Flujo horizontal Fig.4: Convección intermedia Valores del coeficiente de convección αc para aire en calma W m2 °C Convección pequeña αc = 1,16 Convección muy fuerte αc = 6,96 m 2 °C Convección intermedia αc = 4,64 m 2 °C W W Coeficiente de convección αc = Kg / m2 h °C Cuando el flujo es ascendente la convección es fuerte, el aire bloqueado en el techo, por ejemplo, refuerza el movimiento hacia las zonas de menor temperatura. Ver Fig.3. Si la superficie es vertical el sentido del flujo no interviene y la convección es intermedia entre los dos valores anteriores. Ver Fig.4. Para el aire en calma (se acepta que lo está cuando la velocidad del aire es inferior v < 0.20 m/seg). Como ocurre generalmente en locales cerrados los valores del coeficiente son: - Superficie horizontal, flujo descendente: αc = 1.16 W/m2ºC - Superficie horizontal, flujo ascendente: αc = 6.96 W/m2ºC -Superficie vertical: αc = 4.64 W/m2ºC Para la pared vertical en la Fig.5 se muestra una curva de variación del coeficiente de convección para distintas velocidades del aire en m/s. Recordando este análisis del coeficiente de convección, se explica la diferencia de las resistencias superficiales interior y exterior que vemos en las tablas, de las normas, cuando se calculan los valores de transmisión térmica. La dirección del flujo adquiere mayor importancia cuando se trata de techos. Finalmente decimos que la resistencia térmica superficial no puede independizarse de la radiación, que vemos a continuación. Radiación Todo cuerpo con temperatura por encima de cero grados Kelvin (0°K = -273°C) emite radiación en forma de ondas electromagnéticas. La cantidad de energía irradiada por ese cuerpo es proporcional a su temperatura a la cuarta (Ley de Stefan Boltzman E = 4.965 10-8.Kcal /m2h°K . T4 Esta radiación puede producirse a través del vacío o, como sucede en los casos que estudiaremos, a través del aire. La radiación de los cuerpos (ondas electromagnéticas) tienen distintos tipos de longitudes de onda. Las radiaciones que tienen relevancia en la práctica constructiva son: a. La radiación solar 16 Desde luego la radiación que proviene del sol es la más importante. El sol se encuentra a una temperatura de casi 6000 °K. El conocido espectro solar nos nuestra la longitud de onda de las ondas radiadas por el sol. Se observa en la Fig. 6 como desde la radiación de ondas ultravioletas, pasando por las ondas de luz visible y llegando hasta las infrarrojas son las formas principales de radiación solar. Ver Fig. 6 b. 14 12 10 8 6 b. La radiación terrestre 4 0,1 1 aire en calma 2 3 4 5 6 7 Velocidad m/s Fig.5: Coeficiente de cambio superficial por convección Es la que producen los cuerpos que se encuentran a temperaturas comunes sobre la superficie terrestre, fijemos hasta los 200 °C. Será una radiación de onda larga, por supuesto alejadas de las visibles, bien adentradas en las infrarrojas; es por ejemplo la que sentimos al acercar Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 49 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 50 Unidades de longitud de onda 1 Micrón = 1 micra = 10-6 m = 0,000001 m = 10-3 mm Radiación Solar rojo violeta Menor long. de onda luz visible ultravioleta 0,4 0,8 1 infrarrojo 2 Radiación Terrestre Mayor long. de onda 3 Radiación incidente micrones Radiación absorbida 6a): Radiaciones - Ubicación según long. de onda 1,00 Radiación reflejada Cuerpo opaco espectro solar ultravioleta luz visible infrarrojo Rad. absorbida Rad. incidente α= Radiación solar α Cuerpo negro = 1 0,75 Fig. 7a. Coeficiente de absortancia (α) 0,50 Cuerpo negro 0,25 0,00 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 T ( °C ) 2,4 lonfgitud de onda en micrones 6b): Intensidad relativa de radiación solar Int. 1,00 Espectro visible ECN ε Cuerpo negro = 1 Radiación terrestre Cuerpo opaco 0,75 T ( °C ) 0,50 0,25 10 15 20 25 30 35 40 E<1 E Radiación emitida = E CN Radiación emit.cpo. negro Fig. 7b. Coeficiente de emitancia ( ε) 45 lonfgitud de onda en micrones 6c): Intensidad relativa de la radiación en función de las longitudes de ondas de la rad. terrestre nuestras manos a un radiador o estufa. Ver Fig. 6c. Se deben considerar los tipos de superficies que actúan en los fenómenos de radiación que determinan las cantidades de energía (calor) absorbidas, reflejadas o emitidas de un cuerpo hacia otro. Las propiedades de estas superficies se evalúan con: Coeficiente de Absortancia (α) y Coeficiente Emitancia (ε). En la Fig. 7a se ve como al incidir sobre un cuerpo una determinada radiación este cuerpo opaco (no transparente) absorbe cierta parte de esa radiación y otra parte directamente la refleja. El coeficiente de absortancia de una determinada superficie frente a una radiación es el cociente entre la radiación absorbida por la superficie y la que incidió sobre el cuerpo. El valor de este coeficiente de absortancia α es en la mayoría de los materiales igual al coeficiente de emitancia ε, para radiaciones de similares longitud de onda. El coeficiente de emisión ε se define como la relación entre la radiación que emite un cuerpo de una determinada superficie sobre la que podría emitir un cuerpo negro a su misma temperatura, ver Fig. 7b. Radiación emitida ε= 0,00 5 Radiación emitida por cuerpo negro Tabla 1 Valores de Absortancias para la radiación solar y Emitancias de radiación terrestre Materiales de sup. distintas Película de aluminio brillante Película de aluminio no brillante Pintura de aluminio Pintura blanca Chapa galvanizada Hormigón Ladrillo o tejas Terminación asfáltica α ε 0.05 0.10 0.40 0.20 0.89 0.70 0.70 0.92 0.05 0.12 0.50 0.90 0.80 0.94 0.90 0.90 α : Absortancia (Radiación solar) ε : Emitancia (Radiación terrestre) Recordemos que se entiende por cuerpo negro aquel que absorbe toda la radiación que le llega, y que puede emitir toda la radiación que su temperatura le permita. Para el cuerpo negro α=1 y ε=1. Pondremos un ejemplo que aclarará el concepto: En trabajos realizados por la Cátedra de Acondiciona- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 50 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 51 miento Ambiental de la Facultad de Arquitectura de la Universidad de Tucumán, en rehabilitación de viviendas marginales, se estudió cómo disminuye sensiblemente la temperatura en el interior de viviendas primarias, si a la cara inferior de las chapas de asfalto que conforman el techo se le adhiere una lámina de aluminio brillante. Al Radiación reflejada Radiación absorbida Radiación que pasa Radiación incidente Cuerpo traslúcido Rad. incidente =Rad. absorb.+R. reflej.+R. que pasa Fig. 8. Radiación sobre cuerpos translúcidos Ultravioleta Luz visible Infrarrojo % 100 80 1 60 3 40 20 0 2 0.2 0.3 0.5 0.8 1 2 3 4 1. Placa de vidrio de 6 mm de espesor 2. Vidrio termoabsorbente 3. Vidrio protector contra el deslumbramiento 5 µ Fig.9a: Transparencia de diversos tipos de vidrios para las radiaciones en función de las longitudes de onda. 27% 18% 27% 100% 72% 90% Lámina de vidrio 10% 30% 45% 100% 38% 8% 65% Vidrio termoabsorbente 100% 20% 5% 65% Vidrio de protección contra el deslumbramiento Fig.9b: Transparencia de diversos vidrios a la radiación disminuir la radiación del techo el aporte de calor al interior de la vivienda también lo hace, mientras se mantenga limpia y brillante la superficie del aluminio. Esto se manifiesta observando los coeficientes de emitancia de la Tabla 1. La diferencia de emisión por radiación entre la película de aluminio brillante (ε=0.05) y una terminación asfáltica (ε=0.92) es la causa de la diferencia de temperatura en el interior. Hasta ahora nos hemos referido a los cuerpos opacos, es decir los que absorben y reflejan la radiación. En los cuerpos llamados “transparentes o traslúcidos” parte de la radiación pasa a través de ellos según vemos en la Fig. 8. En el caso de los vidrios, según el tipo de materiales que se empleen en su composición, pasará radiación en cierto intervalo de longitud de onda. Un buen ejemplo para ilustrar el tipo de radiación que pasa según el tipo de vidrio es el de la Fig. 9. Allí se observa como el vidrio común es el que deja pasar radiación de un amplio intervalo. Si se usan vidrios especiales, se puede conseguir que la radiación infrarroja que atraviesa el vidrio disminuya y a la vez mantener el pasaje de la luz visible. Obviamente no existe el vidrio que detenga la radiación, lo que se busca es una solución intermedia entre la función de dejar pasar la luz a los ambientes y evitar que la radiación caliente excesivamente el local. El efecto "invernadero", es justamente, el calentamiento de un local con aberturas vidriadas debido a que recibe radiación solar a través de la ventana, pero no permite a la radiación terrestre de paredes, piso y demás elementos salir del ambiente. Simplificando el recinto vidriado se convierte en una "trampa solar" donde el calor del sol es acumulado en su interior sin impedimentos y es retenido al ser emitido como radiación terrestre (Fig.10). Una forma de atenuar el calentamiento por radiación de los locales vidriados es la colocación de los “parasoles”, estos elementos opacos se colocan para evitar que la radiación solar directa caliente paredes, pisos y elementos de un local. Según ilustra la Fig. 11 se pueden colocar en distintas posiciones: a. Separado del acristalamiento: La radiación solar es en parte absorbida por el parasol y en parte reflejada. La radiación absorbida por el parasol será luego en parte emitida hacia el acristalamiento pero como radiación terrestre y su influencia en el calentamiento del local será mínima. Habrá también pasaje de calor por convección del aire próximo al parasol, minimizada por la ventilación del espacio entre el parasol y el vidrio. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 51 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 52 b. Próximo al acristalamiento: Al igual que en el caso anterior la radiación solar es reflejada en parte y absorbida el resto. De la parte absorbida se emitirá cierta cantidad sobre el vidrio interior y el resto es transmitida por convección. Se debe tener presente la posibilidad de ventilar esa cámara de aire R2 R1 R6 R3 R4 R5 R1 = radiación solar incidente R2 = radiación solar reflejada en cpo. traslúcido R3 = radiación solar absorbida por el cpo. traslúcido R4 = radiación solar que atraviesa el cpo. traslúcido R5 = radiación solar que atravesó el cpo. traslúcido y es absorbida por el piso R6 = radiación terrestre que es emitida en este caso por el piso que fue calentado por R5 La R6 no puede atravesar el cuerpo traslúcido debido a su longitud de onda y se va acumulando. Conducción Fig.10: "Efecto invernadero" Caso A Caso B 1 Caso C 1 1 3 2 EXT INT Parasol Vidrio 4 EXT 5 INT 5 4 EXT Parasol 5 Parasol 4 6 Vidrio 6 Vidrio 6 INT 3 2 Parasol exterior Parasol en plano de muro Parasol en el interior 1 = Muro con ventana vidriada 2 = Calor por convección al exterior 3 = Calor por convección al interior 4 = Radiación incidente 5 = Radiación emitida por el parasol 6 = Radiación reflejada Fig.11: Transmisión de calor y la ubicación del parasol para evitar que por convección el vidrio alcance temperaturas próximas a la del parasol. Otra precaución, en este caso, será la de usar parasoles que no acumulen el calor absorbido. c. El parasol en el interior: Al incidir la radiación solar , una parte atravesará el vidrio, otra será absorbida y la restante reflejada. La radiación solar que atravesó el vidrio incide sobre el parasol, una vez mas, parte será reflejada nuevamente sobre el vidrio, la restante será absorbida por el parasol. Casi por completo la radiación absorbida por el parasol pasará al local ya sea emitida como radiación terrestre o por convección. La radiación reflejada por el parasol parte saldrá a través del vidrio y pared quedará en el local. Para un mejor funcionamiento el parasol deberá tener una superficie que refleje la mayor cantidad de radiación y que su absorción sea mínima. Estas reflexiones sobre la radiación se completan con el análisis de lo que ocurre en los techos o paredes (cuerpos opacos) que según sea su terminación superficial absorberán más o menos radiación y que a través de la conducción entregarán calor al interior de la construcción. Considerando un cuerpo de gran superficie respecto a su espesor, en el que dos planos paralelos 1 y 2 están a temperaturas diferentes, siendo t1>t2, se origina un flujo de calor desde el plano 1 al 2 (Fig.12). El flujo generado es proporcional a la diferencia de temperatura, (t1-t2), a la conductividad del material (λ), e inversamente al espesor del material atravesado por el flujo. Aclaramos que el estudio se realiza en régimen estacionario, es decir el flujo que pasa en cualquier momento a través de una sección es invariable o constante y su temperatura también lo es. Si la temperatura varía de un instante a otro el régimen es variable. Aun cuando lo normal es el segundo caso, en la práctica para la mayoría de los problemas se admite estudiarlos en "régimen estacionario". O sea: q = (ti - te) λ/e "q" expresado en W/m2 "λ" en W/mºC "e" espesor en m. La conductividad en los materiales de construcción va de 0.03 en los materiales aislantes hasta 4.0 en los más conductores, siendo superior a 30 en los metales. El coeficiente λ de conductividad nunca es nulo y sus valores están dados para un metro de espesor y un metro cuadrado del material considerado. "q" también pue- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 52 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 53 Plano 1 Plano 2 λ λ q = (t1 - t2) x e e R= λ e q= q t1 t2 (t1 - t2) R t1 > t2 Fig.12: Conducción de escribirse: q = (t1 - t2) / (e / λ ) La relación (e / λ) se llama resistencia térmica "R" del material y se expresa en: m2 °C/W. 2. Cambios térmicos debidos al cambio de estado del agua. El cambio del estado del agua provoca dos importantes fenómenos: la evaporación, de líquido a gas, y la condensación, de gas a líquido. Por su importancia en los cambios de temperaturas de la vivienda y sus acciones sobre los materiales los analizaremos en particular. Evaporación. Para que se produzca la evaporación del agua se necesita un aporte de calor. Para evaporar un litro de agua se necesitan 600 kcal aproximadamente. La tasa de evaporación es difícil de calcular por la gran cantidad de variables que la afectan tales como: humedad disponible, humedad del aire, temperaturas de la humedad y del aire y velocidad del movimiento de éste. Para cada temperatura el aire no puede contener más de una determinada cantidad de vapor, este máximo se denomina "peso del vapor saturante" o peso saturante. La relación entre el peso de vapor que contiene el aire y el máximo que podría contener, peso saturante, se llama "grado higrométrico o humedad relativa" del aire. La capacidad de absorber humedad del aire es el "poder desecante" y está dado por la diferencia entre el peso del vapor saturante y el peso del vapor contenido en el aire. Veamos un ejemplo usando el diagrama psicrométrico de la Fig.13. Este ábaco muestra la interdependencia de la humedad relativa, escala de la izquierda; la tempera- tura del aire en la escala horizontal y la cantidad de vapor de agua por masa de aire seco en g/Kg aire seco y su correspondiente presión en kPa. Tomando el punto A indicado en el diagrama, sus valores son: Punto "A" lo suponemos ubicado en el exterior de una vivienda. - Temperatura del aire 0ºC. Escala horizontal. - Contenido de humedad del aire: 3.42 g/Kgas. Escala vertical derecha. - Peso vapor saturante: 3.8 g/Kgas. Escala vertical derecha. - Humedad relativa o grado higrométrico: 3.42/3.8 = 0.9 o 90% H.R. - Poder desecante: 3.8 - 3.42 = 0.38 g/Kgas. - Presión de vapor: 0.54 kPa. El aire del punto "A" esta húmedo con 3.42 g/Kgas pero no saturado. Este aire exterior a 0ºC y con 3.42 g/Kgas es el que ventila la vivienda a través de las aberturas, cuando entra su temperatura se eleva a 20ºC y es el punto B de la figura. Veamos qué sucede: Punto "B": interior de la vivienda. - Contenido de humedad: 3.42 g/Kgas - Peso vapor saturante: 14.5 g/Kgas - Humedad relativa: 3.42/14.5 = 0.23 o 23%H.R. - Poder desecante: 14.5 - 3.42 = 11.08 g/Kgas. Se ha incrementado la capacidad de absorber humedad, puede evaporar más; el aire interior está más seco. Es decir: el aire caliente y seco permite más y mayor evaporación. La velocidad de evaporación es proporcional al poder desecante. Veremos más adelante el diagrama psicrométrico y las temperaturas efectivas corregidas representadas por las líneas inclinadas. Condensación. Si en el estado indicado por el punto "B", Fig. 13, al aire le aportamos 7 gr de agua/Kgas como resultado de actividades normales en un edificio manteniendo la temperatura en 20ºC, su humedad relativa ascenderá al 70% con una presión de vapor de 1.65 kPa y un contenido de 10.4 gr de agua/Kgas. Es el punto "C" del diagrama. Si la temperatura interior del recinto desciende sin que baje el contenido de humedad, es decir va desde "C" hasta "D" en la figura, cuando llegue a 14.5ºC condensará el vapor de agua. Es que con ese peso de vapor saturante, se ha alcanzado la temperatura de rocío, se llegó a la temperatura de saturación, a la zona de niebla y aparición de gotas en el interior. El grado higrométrico Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 53 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 54 20 ció n 100 % 19 18 tura Sa 17 16 15 20 Rectas inclinadas 3,0 2,9 2,7 2,6 2,5 90 Temperatura efectiva corregida 3,1 2,8 100 Curvas de saturación T.E.C. 3,2 Presión de vapor en kρa Contenido de humedad g/kg aire seco 2,4 2,3 14 80 13 70 Temp. de rocío = 14,5 °C (Saturación del aire) 12 15 C 2,1 2,0 T.E.C. = 16,5 °C D 2,2 11 60 10 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 9 50 Niebla 10 8 1,4 1,3 1,2 40 7 T.E.C. = 7 °C n ae °C 6 5 30 5 ed m hú pe m Te 4 A B 20 3 Humedad relativa % -5 100 80 60 40 20 0 1 -5 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 2 10 -8 1,0 0,7 Aire húmedo ra 0 tu ra 1,1 0 5 Aire seco 10 15 20 25 0 0,3 0,2 0,1 0 Temperatura °C Fig.13: Diagrama psicrométrico y tablas de presiones de vapor Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 54 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 55 o humedad relativa del aire en el punto "D" es de 1 o del 100%. La condensación produce un desprendimiento de calor y si en el caso indicado se condensó un litro de agua se habrán desprendido las 600 kcal de las que hablamos más arriba. 3. Inercia térmica. La inercia térmica no es una forma de transmisión de calor, pero es una propiedad de ciertas construcciones, que usada criteriosamente puede mejorar el comportamiento térmico de un edificio. Se da en ciertas localidades del País que la temperatura media diaria está en las zonas del confort, (más adelante veremos este concepto) pero que durante el día se elevan tanto que escapan al mismo. Con inercia térmica de la forma constructiva esto puede atenuarse. La inercia o también "volante térmico" consiste en la capacidad de acumulación de calor por muros y techos principalmente, que se desprende posteriormente en el ambiente interior, con un "retraso" que puede ser favorable o no para las condiciones ambientales reinantes (Fig.14). Igual aislamiento K1 = K2 Muro pesado con inercia Muro liviano sin inercia La concepción del muro debe ser tal que retenga las calorías internas, sin impedir penetrar a las calorías exteriores, y que asegure un almacenamiento de estas últimas, a fin de aumentar la duración de su acción. Es por lo tanto, un fenómeno a considerar como ahorro energético en invierno. Fig.14 La capacidad de almacenar calor tiene importancia para las cargas del verano pero solamente cuando el porcentaje de ventanas no es mayor en superficie del 50% de las fachadas. El cálculo de la inercia térmica en general no es exigido en nuestras normas, pero se ha considerado su validez, en los valores de las resistencias térmicas superficiales y en las transmitancias admisibles. Su influencia en zonas cálidas y en construcciones tradicionales pesadas, amor- tigua los picos de temperatura en cielorrasos y muros exteriores, es decir es favorable pero si el retraso de la onda se produce en las horas de sueño es perjudicial. Entonces, en ciertas obras, por los picos altos de disconfort, la orientación de las fachadas o cualquier otro factor desfavorable debe hacerse el estudio de la inercia térmica. El cálculo se debe hacer en las habitaciones más expuestas al exterior como las de esquina y las de última planta. Lo que se busca mayormente al aprovechar la inercia, sobre todo en zonas de alta radiación, es lograr: - Confort en verano - Óptimos consumos de calefacción en invierno y es lógico que la inercia de los componentes por el calor acumulado que restituyen al ambiente interior, contribuye con esos objetivos propuestos. La hipótesis aceptada del estudio térmico en régimen estacionario está justificado cuando las variaciones de temperatura son de pequeña amplitud como puede suceder en invierno. Pero en verano las variaciones de temperatura y el asoleamiento son muy importantes y deben tenerse en cuenta. Lo que la experiencia ha demostrado es que los materiales macizos y pesados presentan una gran inercia, hay un relación entre la masa y su capacidad de absorber calor. Las normas IRAM de acondicionamiento como ya se dijo, contemplaban en la determinación de los valores de aislación la masa de los materiales. En las construcciones antiguas los muros se calentaban lentamente, se tardaba mucho en llegar a una temperatura adecuada. Inversamente al detener el calefaccionamiento los muros devolvían lentamente el calor acumulado. En la construcción actual se alcanza rápidamente la temperatura deseada pues se trabaja con materiales más livianos con poca inercia. Hay una tabla muy conocida que compara a muros con fuerte y débil "volante térmico", que es bastante ilustrativa. Ver Tabla 1. Como puede apreciarse las ventajas e inconvenientes se equilibran en el verano. Durante el invierno los muros livianos no son un inconveniente grave si están bien aislados. Son más aptos para los locales que se calientan temporalmente como salas de reuniones, casas de fin de semana, etc. En el diseño hay que analizar en detalle: la composición del muro y la posición del aislante para el mejor aprovechamiento de las radiaciones solares y de las radiaciones de los cuerpos del interior. Desde este punto de vista es preferible la colocación del aislante en el exterior ya que mantienen los Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 55 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 56 TABLA 1 Estación Invierno Muros con débil inercia Muros con fuerte inercia Locales lentos en calentar Locales lentos en enfriar Locales rápidos en calentar Locales rápidos en enfriar Fachadas lentas de calentar en el día (Temperatura fresca en el interior) Calor que entra rápidamente en la vivienda Fachadas que se enfrían mal durante la noche y siguen radiando calor Noches más frescas según la zona climática Verano aportes solares a través de los huecos acristalados, demorando su salida al exterior. El conocimiento de la inercia térmica se concreta en la obtención de los valores de temperatura que se obtienen en el ambiente interior pared o techo y la marcha de la onda de calor con sus valores de amplitud y retraso. En la Fig.15, se observa en un ejemplo teórico la marcha de la temperatura te exterior y la de ti interior de la superficie con el retraso y la amortiguación entre ambas. Para obtener estos resultados se utiliza el concepto de temperatura sol-aire, que se define como: la temperatura exterior que produce una carga térmica equivalente a la suma de la radiación solar y la temperatura del aire exterior. Resumiendo es una temperatura ficticia que debería tener el aire exterior si se anulara la radiación solar y produjera el mismo flujo de calor que atraviesa el muro o techo. Se expresa así: tsa = tex + I.α.Rse tsa: Temperatura sol - aire tex: Temperatura exterior I: Radiación solar incidente que depende de la latitud, fecha, hora y orientación del plano y están en las tablas de radiación solar. "α": Coeficiente de absortancia de la radiación solar. N.IRAM 11601. Rse: Resistencia superficial externa de la con vección.N.IRAM 11601. Los valores de temperatura, amplitud y retraso de la onda de calor se calculan usando las datos de: temperatura sol-aire, temperatura radiante y temperatura efectiva, valores adimensionales y tablas que vinculan las amplitudes y los tiempos de retardo. Observemos en la Fig. 16 el comportamiento de una pared opaca en verano, y en la que ya no consideramos al régimen como estacionario. Si se eleva la temperatura exterior según una curva periódica diurna se genera un flujo de calor que penetra en la pared y después en el local con un retraso, que es función del peso y de la capacidad calorífica de la pared. En la Fig. 16a vemos la curva de la temperatura supuesta constante del local ti y la curva de la temperatura exterior periódica. Si se supone que la pared es de peso nulo el flujo que entra en cada instante es: q1 = K(te-ti) La curva de variación es la representada en la Fig. 16b y es una curva no amortiguada a causa de la inercia y no retrasada, el máximo de flujo q1 se produce al mismo tiempo que el máximo de temperatura exterior. Si la pared fuese infinitamente pesada, Fig. 16c, la amortiguación será total y el flujo constante e igual a: q2 = K(tem - ti) tem: valor medio de te q2: es igual al valor medio de q1 Si la pared no es de peso nulo ni de peso infinito, Fig. 16d, sino una pared real, la variación del flujo oscila alrededor de q2 con una amplitud inferior a q1 y un retraso, siendo el flujo entonces: q3 = K(tem-ti) + mK(te-tem) m: coef. de amortiguación Para un "K" igual, la amortización y el retraso de las paredes homogéneas son función de la "admisividad" de los materiales, producto de la conductividad por el calor específico y la masa específica. El calor específico es casi igual para todos los materiales y la conductividad y la masa varían en el mismo sentido. Si los materiales son diferentes también lo son las "admisividades" y las amortiguaciones y retrasos. En paredes vítreas la radiación solar penetra sin amortiguación ni retraso. En los huecos acristalados la inercia Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 56 Temperatura Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 57 Radiación incidente A1 Amortiguación A2 3 6 Tiempo 9 12 15 18 21 24 3 ti ti te Retraso te A1 y A2 = Amplitudes Período de 24 horas Fig.15: Variación de las temperaturas te y ti en el transcurso de un día Temperatura a) Curvas de temperatura te Media de te ( ti ) 0 Tiempo Curvas del flujo que entra Flujo b) Pared de peso nulo q1 = flujo variable siempre es pequeña. Lamentablemente y por razones de espacio y objetivos de este Manual no desarrollamos, por ahora, el cálculo de la inercia térmica, pero hemos alertado la significación que puede tener en un estudio completo cuando la obra lo requiera. B. Concepto de confort Los ocupantes de un edificio juzgan la calidad del diseño, desde un punto de vista tanto físico como emocional, las sensaciones de bienestar o incomodidad serán las determinantes de un dictamen favorable o no al lugar donde vivimos o trabajamos. El confort óptimo se puede definir como la sensación de bienestar completo físico y mental. Para nuestro caso denominamos "confort térmico" al estado mental que encuentra satisfacción con el ambiente térmico que nos rodea. Desde el siglo XIX, los accidentes y enfermedades originadas por la influencia del calor y la humedad en las industrias mineras, metálicas y textiles, despertaron el interés por establecer criterios para el confort térmico. Muchos estudios se efectuaron para definir cuáles eran las causas, que además de las climáticas, podían considerarse constantes y permanentes para alcanzar el confort en las viviendas. De los varios factores que influyen en el confort podemos citar: - Temperatura del aire interior. - Temperaturas de las superficies del recinto y radiación. Media de flujo °C 30 0 Tiempo Flujo c) Pared de peso infinito q2 = flujo constante 0 Temperatura de las paredes Demasiado caliente 26 22 ZONA DE CONFORT 18 Tiempo Flujo d) Pared real q3 = flujo retrasado 14 Media de q3 = q2 Demasiado frío 10 14 0 Retraso Tiempo Fig.16 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 18 22 26 °C 30 Temp. del aire ambiente de la habitación Fig.17: Zona de confort 57 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 58 - Humedad del aire. - Movimiento del aire. (Velocidad del aire) Una temperatura interior de 25°C, con paredes muy frías en una habitación nos parece baja. Si tiene 18°C pero las paredes y piso están calientes la encontramos confortable. La sensación de confort en invierno la percibimos cuando la suma de la temperatura ambiental de la habitación más la de la superficie interior alcanza la del cuerpo humano es decir 37°C. Por ejemplo si la temperatura interior es de 18°C y la de las paredes, piso y cielorraso es de 14°C, el confort se califica como demasiado frío ya que: 18+14 = 32°C < 37°C. En la Fig. 17 vemos un gráfico que en base a lo dicho indica en color la zona de confort, relacionando temperatura de la superficie de las paredes con la del aire interior. Escalas de confort A comienzos de la década de los años veinte comenzó la búsqueda de una escala simple, que combine los cuatro factores indicados arriba y sus efectos en la disipación de calor del cuerpo humano. Se crearon varias de difusión diversa y se las denominó "índices térmicos" o "escalas de confort". La primera de ellas, creada por la "American Society of Heating and Ventilating Engineers" en 1923, se denominó escala de "temperatura eficaz" y fue definida como la temperatura de un ambiente en calma, saturado, y que sin considerar la radiación producía el mismo efecto que la atmósfera real en cuestión. Esta escala fue posteriormente corregida con los efectos de la radiación y otras modificaciones, y es conocida como la escala TEC o sea de temperatura efectiva corregida. 22.9 21.2 26.3 24.6 Jujuy Salta Formosa Tucumán Ia Catamarca Ib Sgo. del Estero Resistencia Corrientes 26.3 La Rioja IVa IIa Posadas 26.3 24.6 IIb San Juan Santa Fe Córdoba Paraná 24.6 IIIa IIIb Mendoza San Luis Buenos Aires 22.9 21.2 IVb La Plata La Pampa 22.9 IVd Neuquén IVc ZONA I ZONA II V Muy cálido ZONA III Templado cálido ZONA IV Templado frío ZONA V ZONA VI 21.2 Cálido Viedma Frío Muy Frío VI Rio Gallegos Ushuaia Fig. 18: Clasificación bioambiental Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 19: Líneas de igual T.E.C. para el promedio ponderado del día típicamente cálido 58 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 59 De los índices y escalas existentes: TBH en °C temperatura operativa, índice de conTBS ó 45 LTE en °C 45 fort ecuatorial, temperatura resultante, Lectura tasa de sudor, índice de fatiga calorífitermómetro ca y otras más que no mencionamos, de esfera 40 40 40 todas tienen limitaciones en su aplicación. La razón es que la experimenta40 35 ción se realizó en condiciones climáticas muy variables y los métodos fue35 35 35 30 ron también distintos. La única excepción es la escala TEC, en la que en dis25 A tintos países se trabajó experimental30 30 30 mente y las conclusiones fueron coinA' B' cidentes. 20 B Es la de mayor uso y de fácil aplicaTEC = 27,5 °C 25 25 25 ción, es la adoptada por IRAM en M N 15 nuestras normas. Las zonas bioambientales de la Repú20 20 Zona 20 blica Argentina, Norma IRAM 11603, de confort se definen de acuerdo con el mapa de la Fig. 18 (Ver Norma) y se ha desa5 15 15 15 rrollado teniendo en cuenta: 0 T.E.C. a) Para las zonas cálidas, los índices 7,0 5,0 de confort de la temperatura efectiva 10 10 3,0 corregida (TEC) según mapa de 2,5 10 2,0 Fig. 19 y otros parámetros. El nomo1,5 grama de la Fig. 20 permite calcular 1,0 5 5 las temperaturas efectivas corregidas. 5 0,5 En este gráfico se ha marcado en color una zona de confort para zonas cáli0 0 0,1 0 das, aceptable en general para más del Velocidad 80% de la gente, según mediciones hedel aire chas en otros países. en m/s Fig. 20: Nomograma de la temperatura efectiva para El nomograma de la Fig. 20 realizado personas que visten ropa de trabajo normal. para personas que visten ropa de trabajo normal, se desarrolla entre dos escalas verticales: la de temperatura La TRM se puede leer directamente con el llamado terde bulbo seco, TBS, y la de temperatura de bulbo mómetro de esfera, un termómetro de mercurio común, húmedo, TBH. Estas temperaturas resultan de un mediencerrado en una esfera de cobre pintada de negro mación hecha a la sombra, de dos termómetros de mercute, de 15 cm de diámetro. Este termómetro se usa en la rio, colocados uno junto a otro dentro de una caja con determinación de la temperatura de bulbo seco considepersianas de madera. Uno mide la temperatura del aire, rando también la radiación. Veamos un ejemplo de uso TBS y en el otro el bulbo se encuentra envuelto en una del nomograma. Si el termómetro de esfera marca 30ºC, gasa que se mantiene húmeda, y la medida es la TBH. punto A y la temperatura de bulbo húmedo es de 26ºC, Cuando se evapora el agua de la gasa se produce un enpunto B, en el nomograma de Fig. 20, se unen con una friamiento, como ya vimos, por eso la TBH será menor recta ambos puntos. La recta va cortando las líneas inque la TBS. Si la humedad relativa, HR es del 100% las clinadas que en sus extremos marcan las TEC y las de dos lecturas son iguales, ya que no hay evaporación. velocidades del aire. El punto A' tiene una TEC = 26°C La temperatura radiante media, TRM, es la que se proy el punto B' tiene TEC = 27°C. Todos los puntos entre duciría si todas las superficies de un entorno estuvieran a A' y B' están dentro de la zona de confort. la misma temperatura y produjeran el mismo equilibrio Se observa que para una velocidad del aire de 0.1 m/s de calor radiante neto, que el del ambiente en consideratendríamos una TEC de 27.5°C fuera de la zona de conción con diversas temperaturas superficiales. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 59 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 60 fort y en la intersección de AB con la velocidad de 7 m/s tenemos TEC = 23°C en zona de disconfort. Si las temperaturas TBS y TBH fueran iguales a 23°C, recta MN,(lo que indica 100% de humedad relativa) y el movimiento del aire tuviera una velocidad entre 0.1 y 0.5 m/s la mayor parte de la gente se sentiría a gusto. Si no se conociera la TBH pero sí la TBS y la humedad relativa podemos conocer la TEC con la ayuda del diagrama psicrométrico y sus líneas inclinadas. En la Fig. 13, el punto C 20°C y con humedad relativa del 70%, tendría una TEC de 16.5°C. Finalizando el concepto de las TEC, se ve que una temperatura del aire de 8ºC y humedad relativa del 85%, es equivalente a otro de 14.5°C y humedad relativa del 30%. Es así porque como se ve en el diagrama tienen la misma TEC, la línea en trazos lo indica. En conclusión ,con la T.E.C. y la velocidad del aire se verifica si se está o no en la zona de Confort ya definida. b) Para las zonas frías la evaluación se hizo con los grados días para las necesidades de calefacción como veremos más adelante. Todos los factores del ambiente están vinculados y las exigencias deben relacionarlos y no considerarlos aisladamente. Las exigencias del confort se dividen lógicamente en: -Exigencias de invierno En época invernal, el cierre de ventanas y aberturas hace que el aire se mantenga en calma y no tenga velocidad, salvo cerca de las entradas de aire de las aberturas y ventilaciones. Ver Fig. 21. Aparecen como factores de mayor importancia en invierno, la temperatura del aire y la temperatura radiante. La exigencia se dirige a determinar la temperatura mínima interior y la temperatura de ambiente orientada hacia las diferentes paredes de la que depende el confort del cuerpo. La temperatura de ambiente orientada al cuerpo humano puede generar disconfort en las proximidades de paredes sin aislación, paredes frías, o por falta de estanquidad en las ventanas. Nuestras normas fijan la temperatura interior en 18°C en el centro del local a 1.50 m de altura; tal vez para zonas frías resulte insuficiente. Para el cálculo de la instalación de calefacción se toma como mínimo 20°C. La temperatura mínima no es constante en el local, varía con la altura del punto, en los rincones, cerca de carpinterías, etc. Creemos, en base a la experiencia de países desarrollados, que no es conveniente una temperatura interior de diseño muy baja ya que una corriente de aire pequeña, Fig. 21: Las flechas indican la entrada de aire al interior. como puede ser la generada por la apertura de una puerta originará una sensación pasajera de disconfort. Existe un índice de molestia que relaciona la temperatura del aire, la del filete de aire y la caída de la temperatura resultante. Se admite que este índice no debe superar 2°C. En la Fig. 22 se muestran valores del índice de molestia a diferentes distancias de un hueco acristalado. Cuando el caudal que entra en el local es importante, la te = 0°C y la ti = 20°C. La línea llena indica los puntos en los que el índice de molestia es mayor o igual a 2°C. También se indica la zona de ocupación a 0.20 m de distancia de las paredes y 2.0 m de altura dentro de la cual, según la exigencia, el índice no puede ser inferior a 2°C. Respecto a la humedad del aire, al no ser alta la temperatura de este, tampoco la humedad puede ser tan alta como para ocasionar molestias. Debe sí evitarse la baja humedad, por ejemplo inferior al 30%, ya que a muchas personas les ocasiona irritaciones en las vías respiratorias y alergias. Además se produce un polvo seco que se quema sobre los radiadores manchando las paredes y generando amoníaco que es irritante. Si la humedad es superior al 75% se favorece la formación de moho y las manchas por condensación aparecen. El confort respecto a la humedad puede lograrse dentro de estos límites: -Humedad relativa > 30% para evitar problemas respiratorios. -Humedad relativa < 75% peligro de deterioros en madera, cuero, papel, corrosiones, equipos electrónicos, etc. Una exigencia muy importante es la del control de la condensación. Esta sólo es admisible en cocinas, baños y lavaderos pues sus paredes están diseñadas para que Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 60 ,, Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 61 Distancia en cm 10 30 50 250 200 150 seño al recurso de las ventilaciones cruzadas. 2º) Climas en que la humedad genera problemas. Son climas calientes y húmedos. La aproximación al confort es a través de la velocidad del aire para aumentar los cambios por evaporación, se debe recurrir al uso de ventiladores u otros equipos. La temperatura del aire es muy superior a las de las paredes, se abandona el criterio de temperatura ambiente y se usan las temperaturas efectivas (TEC), no excediendo los 30°C ni la humedad del 75%. Este es el clima reinante en los veranos de Chaco, Corrientes, Formosa, Misiones, zonas de Salta, Santiago del Estero y norte de Santa Fe. C. Aplicación práctica 50 Altura en cm ,,,, 100 0 Fig. 22: Filetes de aire frío que entra a través de las juntas de un hueco acristalado de 150 x 150 cm no sean afectadas. En otras habitaciones no son admitidas salvo en las partes acristaladas. En las paredes y techos debe verificarse la condensación en su interior (intersticial) por el riesgo que este fenómeno producido en lugares no visibles, puede ocasionar a los cerramientos, más aun en sistemas constructivos no tradicionales. La conclusión para el invierno sería: cumplimiento de las normas para el aislamiento térmico, la humedad del aire, estanquidad de las aberturas y pérdidas de calor. Resumiendo: cumplimiento de las Normas IRAM de acondicionamiento higrotérmico. Después de haber dado una breve referencia de los principios teóricos sobre los intercambios de calor, estados del agua, inercia térmica y confort; corresponde explicar su aplicación en la práctica constructiva. Para cumplir las reglas de Calidad de la habitabilidad como mínimo se pide: 1. Aislación Térmica: Que las superficies que envuelven a la vivienda presenten una barrera que retarde los intercambios de calor. Y además que esta aislación no presente heterogeneidades peligrosas: control de los puentes térmicos. 2. Que no produzcan condensaciones tanto en la superficie o en el interior de paredes y techos (Verificación de condensaciones). 3. Que las pérdidas de calor de toda la casa estén acotadas a un máximo según la zona (Cálculo del Coeficientes Volumétricos G de pérdida de Calor). Para épocas invernales en zonas frías. Habitabilidad mínima de una vivienda verifica K máximo 1)Aislación Puentes térmicos acotados 2) No presenta condensaciones 3) Cumple G de pérdidas de calor -Exigencias de verano Se distinguen para el verano dos casos según el comportamiento de la humedad: 1º) Climas en que la humedad no genera problemas. Son generalmente climas templados o cálidos secos. La temperatura interior media no debe exceder los 28°C, parece alta pero la elección se relaciona con la economía buscada. En climas más calientes puede ser hasta 30°C. Siempre hablamos sin emplear el acondicionamiento artificial. También se evitarán las paredes calientes que irradien calor al interior. Debe apelarse en el di- Estas verificaciones son las mínimas que el Usuario de la vivienda debe exigir. Son las mínimas que un constructor debe ofrecer. Se observa en algunas especificaciones técnicas de viviendas exigir dosificaciones para el mortero hidrófugo y no exigir las condiciones anteriores desconociendo que gran parte de los problemas que se atribuyen a revoques mal hechos se deben a condensaciones en los muros. Un caso de incongruencia resulta especificar las calorías que aportan las estufas sin exigir que se cumpla el K mínimo o se verifiquen las pérdidas de calor. No estamos refiriéndonos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 61 a los sistemas constructivos en especial sino a todas las formas de construir, pero muy especialmente esto ocurre en la construcción tradicional. En nuestros días, en especial en la construcción de propiedad horizontal de baja y media altura, en las casa tipo “Dúplex” donde la venta se hace directamente del constructor al usuario se ignoran totalmente estos Mínimos. Paredes exteriores de ladrillo común de espesor e=0,15 m, revocada del interior y a la vista al exterior son usadas en las caras que dan al Sur. Estos excesos podrían ser evitados si las Municipalidades adoptaran la obligatoriedad de aplicar las Normas IRAM de Acondicionamiento Higrotérmico como lo adoptan algunos entes oficiales. Por otra parte consideramos que los buenos y responsables constructores, deberían difundir que sus obras cumplen las Normas, de tal manera que el usuario las conozca y las exija masivamente. Capa de aire Límite enterior e = espesor de la capa INT λ = conductividad de la capa ti K = coeficiente de transmitancia térmica del cerramiento Plancha de poliestireno expandido Lana de vidrio Plancha de poliuretano sin protección Madera de pino perpendicular a las fibras Madera dura Terciado Tablero aglomerado Hormigón estructural Hormigón de arcilla expandida Hormigón gaseoso Mortero arena-cemento, humedad 5% Revoque cal y cemento Yeso enlucido Placas de yeso Placas de fibrocemento Mamp. de ladrillos cerámicos comunes Cubierta de chapa metálica Cubierta tejas planas Baldosas cerámicas Fig. 23 15 10 32 600 1200 600 400 2400 1000 600 2000 1900 1000 1000 1200 1600 7800 1600 0.037 0.045 0.027 0.19 0.34 0.11 0.078 1.63 0.42 0.16 1.13 0.93 0.49 0.44 0.39 0.81 58 0.7 0.7 EXT P3 text λ3 Rsext Rp = Σ ei / λi Resistencias térmicas que intervienen en el valor K Rse Rsi Superficiales de los Materiales Rp Puentes térmicos Interior Exterior Comunes Vegetal s/origen Mineral Sintético Aislantes Propiedades de la Cámara de aire Rc Cámaras de caras paralelas Horizontales Verticales Cámaras de caras paralelas No ventiladas Aticos con Ventiladas caras no paralelas Coeficiente K: Densidad Conductividad kg/m3 W/m°K Capa de aire Límite exterior e Fig. 25 La forma de ponderar la aislación que provee una pared, un techo, un piso u otro cerramiento es mediante un coeficiente de transmitancia térmica K en la República Argentina y en Europa y U en los Estados Unidos. Este coeficente, particular de cada tipo de cerramiento, permite comparar el poder aislante (o de resistencia al paso del calor) de distintas soluciones constructivas. Por otra parte las normas fijan un máximo valor que los cerramientos deben respetar. Material λ1 λ2 1/K = Rsi+Rp+Rc+Rsext 1. Aislación térmica (Coeficiente K) (NORMA IRAM 11601, de diciembre de 1996) La transmitancia térmica del cerramiento de un local (pi- P1 Cámara de aire Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 62 Débilmente Muy ventiladas Medianamente so, pared o techo) está dada por la facilidad con que el calor lo atraviesa, es decir a mayor “K” tendremos peor aislación. Como es lógico el valor del K depende de las propiedades térmicas de los materiales del cerramiento y de la función del cerramiento: pared o techo. La Norma IRAM 11601 en 5.1, para una sección como la de la figura 23 el valor de la transmitancia térmica lo expresa como: 1/K = Rsi + Rp + Rc + Rse [1] Rp = Rp1 + Rp2 + Rp3 Se analizarán cada uno de los términos: Rsi y Rse = Resist. Térmicas Superficiales Esta resistencia es la que ofrece la capa de aire que se encuentra sobre la superficie interior o exterior. Esta resistencia dependerá de la posición de la superficie (horizontal, a 45° o vertical), de la dirección del flujo (si es ascendente o descendente) y sobre todo del coeficiente de emisión o Emitancia (e). Ver los valores de las Rs en la Tabla 2 y de “e” en la Tabla 12 de la N. IRAM 11601, de la fig.24: Tabla 6 de conductividades Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 62 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 63 TABLA 2. Resistencias Superficiales TABLA 12. Clasificación de materiales de construcción según su emitancia (ε) Exterior Rse Dirección del flujo de calor Dirección del flujo de calor Horizontal Ascend. Descend. Horizontal Ascend. Descend. 0,13 0,10 0,17 0,04 0,04 0,04 Aluminio anodizado u oxidado Cobre oxidado Hierro galvanizado Fieltro bituminoso Fieltro con superficie mate Pintura blanca “a la cal” Pintura de aluminio Pinturas rojas (tipo óxido de hierro III) Pinturas amarillas Negro mate Pintura verde militar Hormigón Asbesto cemento Poliestireno expandido Vidrio Transparente Mampostería de ladrillos comunes y cerámicos (rojos) Tejas cerámicas Tejas de pizarra Tejas asfálticas Mármol blanco Revestimiento de yeso Granítico (rojizo) Tierra Arena Madera Pasto Fig.24 Norma IRAM 11601:1996 Como se vio cuando se analizaron los principios de convección, la mayor resistencia al paso del calor será para el aire quieto (interior) o para el flujo descendente, contrario al mecanismo de la convección. Las variaciones por el tipo de la superficie son muy grandes como se analizó en Radiación, lo mas prudente es tomar la máxima emitancia cuando se desconoce si la superficie quedará siempre brillante o si como es común con la suciedad y desgaste se va perdiendo su baja emitancia. Valor frecuente para las paredes: Rsi = 0.13 [m2 °K / W] Mientras que para los cielorrasos es Rsi = 0.10 cuando el flujo de calor es ascendente, lo usual en invierno, o de Rsi = 0.17 cuando el flujo del calor es descendente. Rp = Resist. térmica de los distintos materiales. Es la resistencia de las distintas capas que componen el cerramiento. Esta resistencia de las materiales será proporcional a su espesor (e) e inversamente proporcional a su conductividad térmica (λ). Rn = Σ ei / λi 0 Fig. 26 Superficie de baja emitancia (reflectiva) Superficie de mediana o alta emitancia (no reflectivas) Interior Rsi Película de aluminio (muy brillante) Lámina de aluminio Cinc pulido Cobre pulido Es natural que la resistencia al paso del calor aumente con el espesor. En la construcción tradicional lo eran por el mayor espesor de paredes. Buen ejemplo de ello lo constituyen las Iglesias del período Colonial en nuestro país, sumamente frescas en el verano debido a la gran aislación que le proporcionan sus gruesas paredes. Obviamente el proyectista actualmente no puede recurrir a esa solución. Queda por lo tanto la posibilidad de elegir adecuadamente el tipo de materiales para alcanzar la aislación deseada. Algunos de los materiales que se emplean en la cons- 5 10 15 20 Cubierta de Tejas Cubierta de chapa metálica Mampostería de ladrillos cerámicos común Placas de fibrocemento Placas de yeso Revoque de Cal y cemento Hormigón gaseoso Hormigón de arcilla expandida Hormigón estructural Terciado Madera de pino Plancha de Poliestirerno expandido 25 5 10 15 25 20 Resistencia al paso del calor por cm de espesor Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 63 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 64 trucción reciben el adjetivo de aislantes, una clasificación global sería: *Aislantes Vegetales: por ejemplo el corcho *Aislantes Minerales: Perlita, Vermiculita, Granulado Volcánico, etc. *Aislantes Sintéticos: Poliestireno Expandido, Lana de Vidrio, Poliuretano, etc. La propiedad de la conductividad de los materiales está relacionada con: 1. Su peso específico, por regla general a mayor peso específico mejor se trasmite el calor por lo tanto peor es la aislación. Una excepción aparece comparando el hierro y el aluminio. 2. El contenido de humedad de material: cuanto menos agua contenga un material, mas aislante será. En efecto los materiales de poca densidad tienen incorporado en su interior aire o algún otro gas (coef. de conductividad λai = 0.023 W/m °C) y si el aire es desplazado por el agua (λag = 0.58 W/m °C) la pérdida de aislación es muy grande. 3. La temperatura de uso: La conductividad va cambiando al variar la temperatura, en general aumenta al elevarse la temperatura; por lo tanto al definir sus valores es importante la temperatura a que fueron ensayados cuando se trata con materiales poco conocidos. 4. Su estado de conservación: aunque esta sería una característica para analizar los materiales en general, siempre suponemos que se colocan en buen estado; ocurre que materiales sintéticos como el poliestireno expandido, la lana de vidrio, el poliuretano etc., si son expuestos indebidamente a los agentes atmosféricos se deterioran. No se puede esperar la misma aislación de un tA tA λ1 < λ2 λ1 λ1 Flujo 1 tB tB λ2 Flujo 2 Fig. 28 (Rp1+Rp2) . (l1+l2) (Rp1 . l2+Rp2 . l1) tA Heterogeneidades en los Cerramientos: Puentes Térmicos Cuando alguna de las distintas capas que constituyen un cerramiento presenta alguna heterogeneidad, esta altera el flujo de calor que atraviesa dicho cerramiento. Ver Figs. 27 y 28. Como es lógico estas heterogeneidades tendrán su influencia en la resistencia del cerramiento, la Norma IRAM 11601 da la siguiente fórmula para Rpr = [Rp1.Rp2.(L1+L2)]/[Rp1.L2+Rp.L1] En el Anexo B, informativo, hay guías para la aplicación de la norma. Más adelante cuando establezcamos los valores de K máximos o aislación mínima que se le exige a un cerramiento de una vivienda se desarrollará la fórmula de cálculo y cuales puentes térmicos no son aceptables. Resistencia de las Cámaras de Aire (Rc) Al tener distintas conductividades (λ) el flujo de calor Fig. 27 se concentra en el de mayor conductividad. Rpre = material que ha sido expuesto excesivamente al Sol, o temperaturas muy elevadas o algún otro proceso de envejecimiento. La Norma IRAM 11601 (1996) en el Anexo A, Tabla 6, ofrece una variedad de materiales con sus correspondientes conductividades. Transcribimos los de uso mas frecuentes en la figura 25 de la página 62. Para fijar ideas del peso relativo de cada uno de los materiales en la aislación observemos el gráfico de la figura 26 de la página 63. Allí se ve la resistencia al paso del calor por metro cuadrado [m2 °C / W] que ofrece cada material en el espesor de un centímetro. Hay claramente una gran diferencia a favor de los aislantes sintéticos. Usando estos valores se puede establecer que un cm de poliestireno expandido equivale a la misma aislación que 22 cm de mampostería de ladrillo común. Los valores serían similares para la lana de vidrio o el poliuretano. En este punto hay una ventaja comparativa muy importante para los sistemas constructivos industrializados, ya que están diseñados para incorporar estos aislantes en contraposición de los sistemas tradicionales de mampostería. Al estudiar las posibilidades que se presentan en muros y techos necesariamente surgen los espacios que quedan entre las capas de los cerramientos. Estos son las cámaras de aire que pueden ser: Ventiladas o No ventiladas. λ1 l1 t B Cámaras de Aire No-Ventiladas λ2 l2 El valor de la resistencia térmica (poder aislante) de las cámaras de aire NO Ventiladas se encuentra tabulada en la Tabla 3 de la IRAM 11601 que transcribimos. (Ver Fig. 29). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 64 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 65 FIG. 29. TABLA 3. Resistencia térmica de cámara de aire “no ventiladas” en las que las medidas superficiales son mucho mayores que el espesor (1) Estado de las superficies de la cámara de aire (2) Superficies de mediana o alta emitancia (caso general) Una o ambas superficies de baja emitancia Resistencia Térmica en m2 °C/W Dirección del flujo de calor Espesor de la capa de aire (mm) Horizontal Ascend. Descend. 5 10 20 50 a 100 5 10 20 50 a 100 0,11 0,14 0,16 0,17 0,17 0,29 0,37 0,34 0,11 0,13 0,14 0,14 0,17 0,23 0,25 0,27 0,11 0,15 0,18 0,21 0,17 0,29 0,43 0,61 (1) Cámaras de aire cerradas, entre 0° y 20 °C. Diferencia entre sup. <15°C. (2) Estos valores pueden usarse si la emitancia de la superficie es controlada manteniendo limpia y exenta de grasa, polvo o condensación de agua. En la tabla se observa la variación de la resistencia de las cámaras de aire al variar su espesor. Efectivamente con espesores inferiores a 1 cm es despreciable la resistencia ya que el aire no puede circular (no hay convección) y al permanecer quieto la transmisión el calor se realiza únicamente por conducción y radiación a través del aire. Al superar el espesor los 2.5 cm el valor de la resistencia térmica de la cámara permanece constante y empieza a declinar levemente. Esto se debe a que el intercambio de calor se realiza también por convección y ya el espesor no contribuye a aumentar la resistencia. La otra variable de la Tabla 3 es la emisividad o emitancia de la cámara de aire, esto tiene que ver con el intercambio de calor por radiación. La emisividad de la cámara de aire se calcula con la siguiente expresión: 1/E = 1/e1 + 1/e2 - 1 donde: E= es la emitancia de la cámara e1= es la emitancia del material de una de las superficies e2= es la emitancia del material de la otra superficie. Si ambas caras de la cámara son de aluminio brillante: 1/E = 1/0.06 +1/0.06 - 1 = 1/0.03 es decir E= 0.03 con lo cual los valores de resistencia térmica son muy elevados. Esta aislación prácticamente elimina el pasaje de calor por radiación. Este es el principio de los conocidos “termos” de vidrio espejado. Reiterando lo expresado cuando se trataron las resistencias superficiales: es muy difícil mantener sellada una cámara de aire en un muro o techo y evitar que sus superficies se ensucien u opaquen. La prudencia aconseja tomar la emisividad mas alta para las cámaras de aire comunes en la construcción, a menos que se tomen especiales precauciones. Cámaras de Aire Ventiladas Todas las cámaras de aire para el cálculo de la aislación térmica, durante el verano se consideran como No Ven- tiladas. Durante el Invierno las cámaras que presenten ventilaciones pueden ser: 1.Débilmente Ventiladas 2. Muy Ventiladas 3. Medianamente Ventiladas 1. Débilmente Ventiladas: Las cámaras de aire son débilmente ventiladas cuando cumplen las siguientes relaciones: Cámara de Aire Verticales: S [cm2] / L[m] < 20 Cámara de Aire Horizontales: S [cm2] / A [m2] < 3 siendo: S = la superficie de los orificios de ventilación. L = el largo del cerramiento. A = la superficie que cubre el cerramiento. (Ver Fig. 30) Cámaras de aire entre planos paralelos Salida de aire S S L Longitud del cerramiento A Ingreso de aire A = área cubierta por el cerramiento S = Sumatoria de ventilaciones en cm2 Fig.30 Cámara de aire vertical Cámara de aire horizontal 2. Muy Ventiladas: Las cámaras de aire son muy ventiladas cuando cumplen las siguientes relaciones: Cámara de Aire Verticales: S [cm2] / L[m] > 500 Cámara de Aire Horizontales: S [cm2] / A [m2] > 30 siendo: S = la superficie de los orificios de ventilación. L = el largo del cerramiento. A = la superficie que cubre el cerramiento. Cuando la cámara está muy ventilada las capas de cerramientos entre la cámara y el exterior no se consideran en el cálculo de la aislación, y la resistencia de la cámara se considera tomando DOS veces la resistencia superficial interior, quedando la expresión: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 65 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 66 1/k=Rsi + Ri + Rse ; queda: 1/K=2 Rsi + Ri donde Ri es la resistencia térmica de las capas entre la cámara de aire y el interior. Rsi = resistencia superficial interior 3. Medianamente Ventiladas: Como intermedio entre los casos anteriores se presenta el de las cámaras de aire medianamente ventiladas que cumplen las siguientes relaciones: Cámara de Aire Verticales: 20 < S [cm2] / L[m] < 500 Cámara de Aire Horizontales: 3 < S [cm2] / A [m2] < 30 siendo: S = la superficie de los orificios de ventilación. L = el largo del cerramiento S = la superficie que cubre el cerramiento. Para calcular el K de un cerramiento que tenga cámara de aire medianamente ventilada hay que calcular el K de ese cerramiento considerando a cámara como No Ventilada (K1), también calcular el K de ese cerramiento suponiendo que la cámara está Muy Ventilada (K2). El K del cerramiento con cámara de aire Medianamente Ventilada se calcula con la expresión: K = K1 + α (K2-K1) donde el coeficiente α será α = 0.4 para cámaras horizontales. Para las cámaras verticales el coeficiente se obtiene de la Tabla siguiente: Donde: Re= resistencia térmica de las capas del cerramiento que se encuentran entre la cámara de aire y el exterior. Ri= resistencia térmica de las capas del cerramiento que se encuentran entre la cámara de aire y el interior. Aticos Son cámaras de aire con espacio de aire de espesor variable. Fig. 32. Son las que se forman al tener una cubierta con pendiente y un cielorraso plano. Como las cámaras de aire de espesor constante o de planos paralelos según sus ventilaciones se clasifican en: 1. Cámara Débilmente Ventiladas: S [cm2] / Af [m2] < 3 siendo: S = la superficie de los orificios de ventilación. Af = la superficie que separa la cámara del local habitable. Coeficiente de ventilación de cámara de aire vertical (α) Relación de resistencias térmicas de las hojas (r) r < 0,1 0,1 ≤ r ≤ 0,6 0,6 ≤ r ≤ 1,2 S / L (cm2 / m) 20 a 200 200 a 500 0.10 0.25 0.20 0.45 0.30 0.60 Fig. 31 Cámaras de aire de espesor variable A1, K1 A 5, K 5 A4, K4 A3, K3 A2, K2 Cámara de aire Af, Kf f= cielorraso Local habitable Fig. 32 En este caso el K del cerramiento con cámara de aire de espesor variable se expresa con: 1/K = 1/Kf + (Af/Σ (Ki.Ai) donde: Kf = es el de los elementos que separan al local de la cámara de aire. Af = la superficie que separa la cámara del local habitable. Σ (Ki . Ai) = es la sumatoria del producto de los K de los “i” componentes que separan la cámara del exterior, por la superficie de cada uno de ellos. 2. Cámara Medianamente Ventiladas: 3 < S [cm2] / Af [m2] < 30 siendo: S = la superficie de los orificios de ventilación. Af = la superficie que separa la cámara del local habitable. En este caso la resistencia total del cerramiento con cámara de aire de espesor variable se expresa según IRAM 11601 con: 1/K = 1 / Kf +1/ [ a + (S (Ki.Ai) / Af )] para mejor asociación de los conceptos preferimos expresarlo : 1/K = 1 / Kf + [ Af / (S (Ki . Ai) + a.Af )] donde: Kf = es el del o los elementos que separan al local de la cámara de aire. Af = la superficie que separa la cámara del local habitable. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 66 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 67 Σ (Ki.Ai) = es la sumatoria del producto de los K de los “i” componentes que separan la cámara del exterior, por la superficie de cada uno de ellos. a = coeficiente igual a 5 W/m2. K La variación de la fórmula para las medianamente ventiladas con el agregado del coeficiente “a” en el denominador es para disminuir la resistencia térmica total del cerramiento con respecto a las débilmente ventiladas. Recordemos que para el estudio de la aislación en verano siempre se deben considerar las cámaras de aire como No Ventiladas (ó débilmente ventiladas que para el caso es lo mismo). 3. Cámara Muy Ventilada: S [cm2] / Af [m2] > 30 siendo: S = la superficie de los orificios de ventilación. Af = la superficie que separa la cámara del local habitable. Para esta situación no hay diferencia entre las cámaras de aire de espesor constante y las de espesor variable . En ambas se no se considera la resistencia del elemento que separa la cámara del exterior. 1/K : 2 Rsi + Ri Cálculo de coeficiente de transmitancia térmica: esp. cond. resist. Capas dens. Aislación de muros Sistema liviano INV VER 0,13 0,03 0,63 0,17 1,04 0,02 0,02 Rse 0,04 1,02 Sum. R total (m2 °C/W) 0,13 0,03 0,63 0,17 0,02 0,04 1,02 m cám. de aire lana de vidrio placa de hormigón liviano EXT placa de yeso INT 2,5 2,5 2,5 1,3 Resistencia interior Placa de yeso Lana de vidrio Cámara de aire cerrada Hormigón liviano Resistencia exterior Resist. térmica total del muro 1000 1600 INV VER 0,13 0,03 0,63 0,17 1,04 0,02 0,02 Rse 0,04 1,02 Sum. R total (m2 °C/W) 0,13 0,03 0,63 0,17 0,02 0,04 1,02 m cám. de aire EXT placa de yeso INT 2,5 2,5 2,5 1,3 Aislación de muros 13 ejemplo 3 2,5 13 Revoque Cám. de aire Sistema tradicional Muro de 30 ladrillo común y cámara de aire EXT Resistencia interior Placa de yeso Lana de vidrio Cámara de aire cerrada Hormigón liviano Resistencia exterior Resist. térmica total del muro 1000 1600 INT 0,013 0,025 0,025 0,025 W/m C m2°C/W Rsi 0,44 0,04 0,03 0,63 K = 1/Rt = 0,99 W / m2 °C - Invierno K = 1/Rt = 0,99 W / m2 °C - Verano Coeficiente de transmitancia térmica del muro ejemplo 2 Ladrillo común 0,03 0,63 Cálculo de coeficiente de transmitancia térmica: esp. cond. resist. Capas dens. Aislación de muros Sistema liviano lana de vidrio placa de hormigón liviano 0,44 0,04 K = 1/Rt = 0,99 W / m2 °C - Invierno K = 1/Rt = 0,99 W / m2 °C - Verano Coeficiente de transmitancia térmica del muro ejemplo 2 0,013 0,025 0,025 0,025 W/m C m2°C/W Rsi Cálculo de coeficiente de transmitancia térmica: esp. cond. resist. Capas dens. INV VER 0,13 0,02 0,16 0,17 0,81 0,16 0,16 Rse 0,04 2 0,68 Sum. R total (m °C/W) 0,13 0,02 0,16 0,17 0,16 0,04 0,68 m Resistencia interior Revoque Ladrillo común Cámara de aire cerrada Ladrillo común Resistencia exterior Resist. térmica total del muro Coeficiente de transmitancia térmica del muro Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 1800 1600 1600 0,002 0,130 0,025 0,130 W/m C m2°C/W Rsi 1,16 0,81 0,02 0,16 K = 1/Rt = 1,49 W / m2 °C - Invierno K = 1/Rt = 1,49 W / m2 °C - Verano 67 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 68 EJEMPLOS DE APLICACION (cont.) Aislación de muros Sistema tradicional Muro de ladrillo común revocado Revoque EXT Revoque Ladrillo común 13 1 INT 1 ejemplo 4 Aislación de muros Techo de tejas sin ático Cálculo de coeficiente de transmitancia térmica: esp. cond. resist. Capas dens. m Resistencia interior Revoque Ladrillo común Revoque 1800 1600 1800 0,02 0,130 0,02 Teja de m. aire Cá 0,13 0,017 0,017 0,16 0,16 0,017 0,017 0,13 0,017 0,16 0,017 0,04 0,37 0,04 0,37 W/m C m2°C/W Rsi 1,16 0,81 1,16 Sum. R total (m2 °C/W) Coeficiente de transmitancia térmica del muro K = 1/Rt = 2,82 W / m2 °C - Invierno K = 1/Rt = 2,82 W / m2 °C - Verano Rse Cálculo de coeficiente de transmitancia térmica: esp. cond. resist. Capas dens. Resistencia interior Entablado de pino Cámara de aire muy ventilada Tejas W/m C m2°C/W Rsi 600 0,025 0,19 0,13 1600 0,030 0,70 0,04 INV VER 0,10 0,13 0,11 0,04 0,17 0,13 0,16 0,04 0,04 0,42 0,04 0,54 Entablado Resistencia exterior Resist. térmica total del muro INT Rse Sum. R total (m2 °C/W) K = 1/Rt = 2,44 W / m2 °C - Invierno K = 1/Rt = 1,85 W / m2 °C - Verano Coeficiente de transmitancia térmica del techo ejemplo 5 Aislación de muros Techo de chapas sin ático Cálculo de coeficiente de transmitancia térmica: esp. cond. resist. Capas dens. m Resistencia interior Placa de yeso Lana de vidrio Chapas de acero EXT Chapas de acero INT Yeso ejemplo 6 900 10 Resistencia exterior Resist. térmica total del muro Coeficiente de transmitancia térmica del techo donde: Ri = es la resistencia térmica de las capas entre la cámara de aire y el interior. Rsi = resistencia superficial interior. Ejemplos de aplicación: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. VER Resistencia exterior Resist. térmica total del muro m EXT INV Muro de un Sistema pesado. Muro de un Sistema liviano. Muro Sistema tradicional (0,30 m). Muro de ladrillo común (0,15 m). Techo de tejas. Techo de chapa. Techo de chapa de fibro con ático. W/m C m2°C/W Rsi 0,013 0,44 0,025 0,04 0,001 58,00 0,03 0,63 0,00 Rse Sum. R total (m2 °C/W) INV VER 0,10 0,03 0,63 0,00 0,17 0,03 0,63 0,00 0,04 0,80 0,04 0,87 K = 1/Rt = 1,26 W / m2 °C - Invierno K = 1/Rt = 1,15 W / m2 °C - Verano Comentarios de los resultados: Se ve que la aislación de un muro tradicional K=1.52 W/m2 K es inferior a la mínima de cualquier sistema constructivo industrializado como los descriptos. Con la salvedad de que sin ninguna complicación las sistemas industrializados pueden aumentar el espesor de sus aislaciones. La resistencia térmica de las cámaras de aire con emisividades altas (0.17 m2 K/W), que son las usuales en la construcción, es de un orden menor que la que provee el material aislante (poliestireno, lana de Vidrio) donde: R para 2.5 cm: 0.63 m2 K/W). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 68 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 69 EJEMPLOS DE APLICACION (cont.) Cielorrasos planos con áticos o entretechos de paredes pasantes Muro de Km= 0,75 Atico no ventilado Incidencia en la Resistencia térmica Atico no ventilado Atico y cerramiento (14,35%) 2m 1m Resist. sup. ático (11,22%) 10 m 8m R. de cielorraso=Rf esp. λ R mm W/m °K m2°C/W Capa Res. sup. interior Placa de yeso Lana de vidrio Res. sup. exterior 0.11 9 0.37 0.02 25 0.042 0.60 0.11 Rf = (m2 °C/W) 0,84 Kf = 1 / Rf = (W / m2 °C) 1,19 Sup. del cielorraso Af = (m2) 80 R. cubierta EXT Lana de vidrio (60,72%) Chapa de fibro Lana de vidrio INT Yeso cartón Placa de yeso (2,48%) Resist. sup. interior (11,22%) Para todo el techo Res. sup. exterior Chapa Res. sup. interior 6 0.03 0.24 0,03 0,11 R = (m2 °C/W) 0,165 K de la cubierta = (W / m2 °C) 6,06 A cubierta = (m2) 88 2 K* A = (m ) 533,33 R. tímpanos y paredes Res. sup. exterior 0.04 Cerr. de paredes Km= 0.75 1,33 Res. sup. interior 0,11 R = (m2 °C/W) K del tímpano = (W / m2 °C) A tímpano y paredes= (m2) K* A = (m2) Según IRAM 11601: 5.3.4.4.2. 1 /K=1 /Kf+Af /sumat (Ki* Ai) 1/Kf= Rf (Af/sumat (Ki* Ai)) = 0,84 R = (m2 °C/W) = 0,98 Resist. total del techo 1,473 0,68 52 35,29 ejemplo 7 El ejemplo del ático nos muestra que no existe mucha diferencia en las aislaciones según se usen cámaras ventiladas o no ventiladas, teniendo como ventaja las ventiladas ofrecer posibilidades de ventilar el vapor que atraviese las capas interiores. (N. IRAM 11605. Diciembre de 1996) Valores máximos admisibles de transmitancia térmica (K) NOTA: La Norma IRAM 11605 se modificó en Diciembre de 1996 en el Anexo 1. Se agrega una reseña de las modificaciones establecidas que son muy importantes. El objeto de esta Norma es establecer los máximos valores de transmitancia térmica (K) aplicables a muros y techos de edificios destinados a vivienda. También se establecen criterios de evaluación de puentes térmicos. En su última versión esta Norma introduce la posibilidad de elegir distintos niveles de confort, correspondientes a las temperaturas interiores de diseño de 18,20 y 22 grados. La temperatura de confort mínimo es la de 18 grados en el interior, corresponde al Nivel C y es la que deben verificar todas las viviendas. Ver Tabla 1, Tabla 2 y Tabla 3. (Fig. 32). La Norma se aplica de la siguiente manera: Se elige el Nivel de exigencia de los cerramientos de la vivienda. Se determina la temperatura exterior de diseño de invierno correspondiente a la localidad donde se sitúa la vivienda (estos valores surgen de la N. IRAM 11603) y la Zona Bioambiental a la que pertenece. Con estos datos de la Tabla 1, para invierno, y tablas 2 y 3, para verano, se obtienen ciertos valores de K para muros y para techos. Los mínimos valores de K así obtenidos, serán los máximos admisibles para los muros y techos de la vivienda en esa determinada ubicación. Esta nueva Norma simplifica mucho la determinación de los Kmáx admisibles. Por ejemplo para la Ciudad de Bs. As., Temperatura mínima de diseño: 3.1°, le corresponde de Tabla 1, para el Nivel C, mínimo, un Kmáx de invierno de 1.85 W/m2K para muros y de 1.00 w/m2K para techos. Al ver las condiciones de verano para las Zonas III y IV (Tablas 2 y 3) se obtiene un Kmáx de verano de 2.00 W/m2K para muros y de 0.76 W/m2K para techos. Con lo cual el resultado es que el Kmáx de muros para la Ciudad de Buenos Aires es de 1.85 W/m2K, y el de techos es de 0.76 W/m2K. Como parte del comité que estudió esta nueva Norma, Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 69 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 70 Fig. 32: NORMA IRAM 11605: 1996 Tabla 1: Valores de KMAX ADM para condición de invierno en W/m2K Nivel A Nivel C Temperatura exterior Nivel B de diseño (ted) - (°C) Muros Techos Muros Techos Muros Techos -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 ≥0 0,23 0,23 0,24 0,25 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,35 0,36 0,38 0,20 0,20 0,21 0,21 0,22 0,23 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,60 0,61 0,63 0,65 0,67 0,69 0,72 0,74 0,77 0,80 0,83 0,87 0,91 0,95 0,99 1,00 0,52 0,53 0,55 0,56 0,58 0,60 0,61 0,63 0,65 0,67 0,69 0,72 0,74 0,77 0,80 0,83 Nivel A 0,45 0,50 Nivel A 0,18 0,19 1a 1b 4a 2a 3a Nivel B 1,10 1,25 Nivel C 1,80 2,00 Nivel B 0,45 0,48 Nivel C 0,72 0,76 4c en W/m2K 2b 3b 4d en W/m2K Tabla 3: Valores máximos de transmitancia térmica para condiciones de verano en techos Zona Bioambiental I y II III y IV 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 4b Tabla 2: Valores máximos de transmitancia térmica para condiciones de verano para muros Zona Bioambiental I y II III y IV 1,01 1,04 1,08 1,11 1,15 1,19 1,23 1,28 1,33 1,39 1,45 1,52 1,59 1,67 1,75 1,85 Clasificación bio-ambiental 1 Muy cálido 2 Cálido 5 3 Templado cálido 4 Templado frío 5 Frío estamos satisfechos por lo simple de su aplicación. Sin embargo siempre al simplificar se pierden de vista algunos aspectos de la cuestión. Por ejemplo, en la versión anterior de la Norma, julio de 1980, para la determinación del K máximo admisible se tenían en cuenta la masa de los cerramientos y orientación de los muros. Esto permitía al proyectista tomar conciencia de la importancia de la inercia térmica y del asoleamiento de cada región Bioambiental. Efectivamente, en los mapas se muestran las zonas donde la Norma anterior favorecía determinadas orientaciones y la masa térmica de los cerramientos. (Ver figuras 33 y 34). De la aplicación de esta Norma surgen claramente los muros y techos que no aseguran la Habitabilidad de la Vivienda. Tomemos por ejemplo muros de mampostería tradicional con distintas variantes de mampuestos. Para uniformar el ejercicio se ha supuesto un revoque en ambas caras con un valor intermedio de conductividad térmica para el revoque de λ=0.93 W/m2 K. Los pesos y valores son de la mampostería en su conjunto, es decir considerando también las juntas de asiento. Ver fig. 35. Del análisis de la tabla surge que muros utilizados como cerramiento exterior no verifican IRAM 11605 (diciembre de 1996), es decir que tienen K mayores a los admisibles para cada lugar. 6 Muy Frío 6 Fig. 33: Zonas donde la Norma anterior favorecía determinadas orientaciones Existen formas de usar esos materiales, que complementados con otros mejoran la aislación y pueden llegar a cumplir. Este es el caso de los revoques con vermiculita o perlita que según sus espesores aportan la aislación faltante. Otra posibilidad, en los cerámicos, es el uso de bloques de menor densidad, que tienen mejor aislación. Es en este punto donde vuelve a aparecer el tema de la calidad y la normalización de los productos. ¿Cómo puede el encargado que recibe los materiales en una obra saber la densidad del bloque cerámico?. Simplemente pidiendo el remito donde el corralón o el fabricante definen el producto con todas sus características y según que normas ha sido fabricado. Las obras donde esto ocurre son la minoría . Esto que hoy es moneda corriente poco a poco deberá ser superado. Hace ya varios Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 70 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 71 2b 1a 1b 4a 2a 3a 4b 2b 3b 4d 4c Clasificación bio-ambiental 1 Muy cálido 2 Cálido 5 3 Templado cálido 4 Templado frío 5 Frío 6 Muy Frío 6 Fig. 34: Zonas de gran amplitud de temperatura. Los cerramientos de gran inercia térmica eran favorecidos por los K máximos exigidos en la Norma anterior. años que se disponen de aparatos de bajo costo que permiten medir temperaturas superficiales y flujos de calor a través de las paredes; solo hay que medir y calcular si cumple o no. Todo buen fabricante estará dispuesto a dar garantías sobre la nobleza de su producto. Todo buen comerciante garantizará el origen de su mercadería. El tema de la disgresión anterior es un punto favorable de los sistemas constructivos industrializados. En los sistemas pesados las paredes se fabrican en una planta donde se elabora el hormigón, allí el control será directo, y se podrá asegurar la calidad del material; el aislante de poliestireno expandido se compra a una industria donde la calidad del producto se garantiza. En los sistema livianos ocurre algo similar, los productos empleados, ya sean placas de cierre exterior o interior provienen de procesos altamente industrializados donde el control es mayor. En síntesis asegurar el K de una pared es mucho más sencillo en los sistemas industrializados. Además las posibilidades de mejorar la aislación de la vivienda están abiertas. A costos muy bajos, se puede duplicar el espesor del aislante con una incidencia reducida en el costo total de la pared. En el sistema liviano de la fig. 35, si se duplica el espesor de la lana de vidrio ocupando el lugar de la cámara de aire, el K del muro pasa de K=0,99 a K=0,69 es decir una mejora del 30%. Los bloques de hormigón de dos agujeros pueden elevar su aislación con revoques aislantes, o con el relleno de sus cavidades con aislantes (arcilla expandida, poliestireno expandido, vermiculita, perlita u otros) o planchas de aislante que calzan en los agujeros. Por el lado de la densidad del hormigón, según cual se emplee, se pueden lograr mejoras. Bajándola con el uso de agregados livianos en el hormigón, mejora el poder aislante del bloque. Si el agregado liviano es por ejemplo arcilla expandida, producto industrial, las calidades obtenidas serán uniformes si la elaboración del bloque es correcta; especial atención merece el uso de materiales como granulados volcánicos o similares, donde los correctos análisis y controles serán decisivos. Cumpliendo el requisito de que el K de un cerramiento no supere el K máximo admisible de su zona, se cumple solo con la primera parte de las exigencias Mínimas, el paso siguiente es la verificación de las condensaciones. Esto deber quedar bien en claro: el cumplir el K no es suficiente, veremos como aún cumpliéndolo, el cerramiento puede tener condensaciones en su interior, y como ya vimos un aislante mojado cambia sus propiedades y su conductividad aumenta. El K del muro húmedo será mayor que el calculado. 2. Evitar condensaciones 2.a. Condensaciones superficiales: En la introducción teórica que se hizo al tema de condensación y evaporación, se describió la capacidad del aire de incorporar vapor de agua y superada esta capacidad el desprendimiento de agua a través de la condensación. En la aplicación práctica de estos conceptos hay que ordenar primero las magnitudes de los factores que intervienen. La generación de vapor de agua en una vivienda normal Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 71 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 72 Mampuesto Tipo de Mampostería K máximos admisibles (w/m2K) Pared revocada Dimensiones K Peso Esp. Alto Largo c/juntas c/juntas cm cm cm kg/m2 Esp. cm Peso kg/m2 K Resist. Chaco Tucumán 1,80 1,80 Río Bs. As. Córdo- Barilo- Galleg. ba che 1,85 1,85 1,45 1,39 12.5 5 24 3.22 200 14.5 236 3.03 No No No No No No Verific. Verific. Verific. Verific. Verific. Verific. 2 Bloq. Cerám 3 Aguj. 18 18 40 2.12 155 20 191 2.03 No No No No No No Verific. Verific. Verific. Verific. Verific. Verific. 3 Bloq. Cerm 4 Aguj. 18 18 33 1.59 136 20 172 1.54 No Verifica Verifica Verifica Verifica No Verific. Verific. 4 Bloq. Ceram Portante 18 19 33 1.7 127 20 163 1.64 No No Verifica Verifica Verifica Verifica Verific. Verific. 5 Bloq. Horm Común densidad 1750Kg/m3 19 19 39 2.61 159 20 177 2.54 No No No No No No Verific. Verific. Verific. Verific. Verific. Verific. 6 Bloq. Horm Multicel. densidad 1400Kg/m3 19 20 40 1.86 274 20 292 1.83 No No No No Verific. Verific. Verifica Verifica Verific. Verific. 7 Pared de 30 Ladr. Común con Cám de aire 436 1.48 No No Verifica Verifica Verifica Verifica Verific. Verific. 8 Sist. Pesado de Horm. Ejemplo 1 s/revoque 276 1.19 9 Sistema Liviano Ejemplo 2 s/revoque 60 0.99 1 Ladrillo común Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica Verifica , go alto lar an ch o 1 2 6 3 7 4 8 5 9 Fig. 35: Cuadro de distintos tipos de muros con sus K y los Kadm según las zonas bioclimáticas se debe básicamente a: - actividades en la cocina - uso de baños - actividades de las personas que la ocupan En los dos primeros casos son grandes cantidades de vapor que se generan en muy poco tiempo. Para este vapor hay que prever su evacuación rápida a través de la ventilación: las campanas sobre las cocinas, y las ventilaciones de baños. Este tipo de ventilación suele ser insuficiente y no hay muchas posibilidades de aumentarla. La ventilación trae como consecuencia el ingreso del aire exterior y la consiguiente caída de la temperatura que no es aceptable en esos recintos. Por lo tanto necesariamente habrá condensaciones sobre las superficies con menor temperatura, es por eso que en baños y cocinas, los revestimientos de esas paredes deben ser tales que no se deterioren con el agua: azulejos, cerámicas, pinturas sintéticas, etc. Al condensarse el vapor en forma de gotas de agua, estas superficies actúan como un acumulador de humedad, cuando cesa la generación de vapor y el aire poco a poco baja su contenido de humedad por la ventilación , este mismo aire comenzará a secar las superficies mojadas. Con la renovación del aire por la ventilación esta humedad pasará al exterior. El proceso descripto tiene que considerar que la venti- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 72 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 73 20 B ció n 100 % 19 18 tura Sa 17 16 15 20 Rectas inclinadas 3,0 2,9 2,7 2,6 2,5 90 Temperatura efectiva corregida 3,1 2,8 100 Curvas de saturación T.E.C. 3,2 Presión de vapor en kρa Contenido de humedad g/kg aire seco 2,4 2,3 14 80 13 C 70 15 11 60 10 Niebla 50 E 10 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 F H 2,1 2,0 12 A 2,2 D 9 1,4 1,4 8 1,3 1,2 40 n ae °C 7 6 5 30 5 ed m hú 4 a er mp Te Humedad relativa % -5 100 80 60 40 20 0 20 3 G 2 1 -5 0 0,9 0,8 0,6 0,5 0,52 0,4 10 -8 1,0 0,7 Aire húmedo a tur 0 1,1 5 Aire seco 10 11,70 15 20 25 0 0,3 0,2 0,1 0 Temperatura °C Fig.36: Diagrama psicrométrico y tablas de presiones de vapor Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 73 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 74 lación de baños y cocinas no sólo se efectúa en forma directa hacia el exterior. En efecto, las puertas que comunican estos recintos al resto de la vivienda muchas veces permanecen abiertas, dependerá entonces de las dimensiones de estos otros ambientes como influye esa masa de vapor de agua sobre el equilibrio higrotérmico. Resulta claro que para viviendas de dimensiones reducidas el impacto de ese vapor rápidamente hace subir la humedad relativa a niveles insalubres. La tercera fuente de generación de vapor de agua, la provocada por las actividades de la personas, es distribuida en el tiempo. Depende del número de ocupantes de la vivienda y su tiempo de permanencia en el hogar. Como en el caso anterior las viviendas donde hay mayor cantidad de personas por metro cuadrado serán las que tienen mas carga de humedad. Veremos un ejemplo numérico de lo que hemos analizado. Provincia Buenos Aires Catamarca Córdoba Corrientes Chubut Chaco Entre Ríos Formosa Localidad Azul Balcarce Dolores Fortín Mercedes Junín Las Flores Mar del Plata Nueve de Julio Patagones Pergamino Trenque Lauquen Tres Arroyos Buenos Aires S.F.del V.de Catamarca Andalgalá Bell Ville Córdoba Pilar Río Cuarto Villa Dolores Villa María Mercedes Paso de los Libres Comodoro Rivadavia Esquel Sarmiento Resistencia R. Sáenz Peña Villa Angela Colonia Benitez Colonia Castelli Concordia La Paz Paraná Victoria Formosa Las Lomitas San Francisco Taca Agle Siguiendo el diagrama psicrométrico de la fig. 36 vemos como en un baño podemos pasar del punto A inicial de una temperatura de 20 °C y Humedad Relativa de 70%, ducha caliente mediante, a un punto B de 25°C con 100% de Humedad Relativa. Al enfriarse, cuando este aire toma contacto con la superficie de los cerramientos (supongamos a 17°C - Punto C) ese aire habrá entregado: 20gr/kg-12gr/kg=8gr de agua por kg. de aire seco que queda en forma de gotas sobre ese cerramiento. En días muy fríos es normal que los vidrios de una casa se empañen con la condensación que acabamos de describir , esa agua puede escapar al exterior por los conductos previstos para desagotar las ventanas. Será esta una forma de evacuar agua de la vivienda. La condensación descripta hasta aquí es la llamada superficial, y hemos enumerado los lugares donde es tole- Temperat. mínima de diseño -2.1 -0.6 -0.3 -2.8 -0.2 -0.7 0.5 0.1 -2.0 -0.4 -0.8 -0.7 3.1 1.3 -2.3 -0.3 1.3 0.5 0.3 1.1 -0.3 3.9 4.7 -1.1 -7.0 -4.5 5.9 5.2 4.7 5.8 5.8 3.8 3.6 3.5 2.5 7.7 6.6 7.3 8.1 Provincia Jujuy La Pampa La Rioja Mendoza Misiones Neuquén Río Negro Salta San Juan San Luis Santa Cruz Santa Fe Sgo del Estero Tucumán Tierra del Fuego Localidad Temperat. mínima de diseño La Quiaca Jujuy General Acha Macachín Santa Rosa Victorica Chepes La Rioja Cristo Redentor Mendoza Posadas Oberá Iguazú Neuquén Chos Malal Las Lajas Cipolletti Coronel J.J.Gomez San Antonio Oeste S.C.de Bariloche Coronel Moldes Salta San Juan San Luis Pto Santa Cruz Río Gallegos Angel Gallardo Casilda Ceres Esperanza Rosario Vera Santiago del Estero S.M.de Tucumán Ushuaia -11.1 0.2 -3.4 -2.7 -2.7 -3.0 0.7 0.4 -14.3 -0.3 6.9 6.0 4.9 -4.5 -3.6 -5.4 -3.3 -5.7 -0.7 -5.6 -3.7 -0.8 -1.5 -0.7 -6.3 -6.1 2.4 0.3 2.7 2.5 0.4 3.2 2.1 2.2 -5.5 Fig. 37 Temperaturas Mínimas de Diseño en Invierno. IRAM11603: 1996. (Tabla 2) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 74 rable y natural que aparezca esta condensación. Lo que no es tolerable, y es una falta de cumplimiento de los requisitos mínimos de habitabilidad de una vivienda, es que se produzca condensación superficial en las paredes de una vivienda que no pertenezcan a baños o cocinas. Las superficies porosas no evidencian inmediatamente que el agua se condensa en su superficie. Es con el transcurrir del tiempo que dicha agua favorece la formación de hongos o algún tipo de microorganismos que se manifiestan como manchas en las paredes. Básicamente las condensaciones superficiales se evitarán logrando que las superficies interiores de las paredes no estén frías y esto se consigue sencillamente con una pared de buen poder aislante. Controlando el valor del K se acotan las condensaciones superficiales. Humedad relativa interior (%) Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 75 80 70 67 60 50 40 30 25 -1,2 -15 Edificio o local Temp.(°C) Destinado a vivienda, enseñanza, comercio, trabajo sedentario y cultura. 18 Salones de actos, gimnasios y locales para trabajo ligero. 15 Locales para trabajo pesado 12 Espacio para almacenamiento general 10 Fig. 38: Temperatura interior de diseño s/ IRAM 11625 Humedad relativa interior: el valor de la humedad relativa interior se obtiene de la curva de la Nor ma IRAM 11625. (Ver Figura 39). La norma agrega, como una recomendación, que en viviendas de dimensiones reducidas, escasa ventilación y con grandes generaciones de vapor es conveniente para realizar las verificaciones aumentar la humedad relativa interior en el cálculo. -5 0 +5 +10 +15 Temp. mínima exterior de diseño Fig. 39. Humedades relativas interiores (s/ IRAM 11.625) La Norma fija el valor de la Resistencia superficial interior para calcular la Resistencia Térmica Total en 0.17 m2 °K/W. El procedimiento, consiste en calcular la temperatura superficial del cerramiento con las siguientes expresiones: Método para la Verificación del Riesgo de condensación Superficial La Norma IRAM 11625 de Diciembre de 1991 prescribe el procedimiento para su verificación. Lo primero que establece son las condiciones o datos de temperatura y humedad relativa, del exterior y del interior de la vivienda. Temperatura exterior: según la ciudad o localidad del país del Anexo 1 de IRAM 11603 para invierno se toma la temperatura de diseño mínima, ver en fig. 37. De no tener datos se toma la de características similares o la mas próxima. Humedad relativa exterior: fija en 90%. Temperatura interior: 18°C para edificios o locales para vivienda, enseñanza, comercio, trabajo sedentario y cultura. Tabla II de IRAM 11625. Ver fig. 38. -10 θi = ti - τ [2] siendo: θi = la temperatura superficial interior del cerramiento en grados °C. ti = temperatura interior del local en °C. τ = disminución de la temperatura en la capa superficial °C. Y se calcula de la siguiente manera: t = Rsi x ∆t / Rt [3] donde: Rsi = 0.17 m2 °K/W. ∆t = es la diferencia entre la temperatura interior y la exterior en grados °C. Rt = es la resistencia térmica total del cerramiento (Rt=1/K) considerando las resistencias térmicas superficiales. Una vez calculada la temperatura superficial interna qi debemos verificar si a esa temperatura el aire del local (con su temperatura interior y su Humedad Relativa interior) condensa. Dicho de otra manera se debe verificar que la temperatura superficial interna sea superior a la temperatura de rocío del aire del local o interior. La temperatura de rocío se obtiene del diagrama psicrométrico. Ver fig. 36. Ejemplo de aplicación: Se verificará el riesgo de condensación superficial de un muro de cerramiento de una vivienda situada en Balcarce. La temperatura Mínima Exterior de Diseño de la tabla de la fig. 37 será para esa ciudad: -1.2°C. La temperatura interior será 18 °C. (Ver fig. 38) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 75 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 76 La humedad relativa exterior como se vio anteriormente está fijada en 90%. La humedad relativa interior se obtiene de la curva de la fig. 39, donde con la temperatura exterior obtenemos la HR interior = 67%. La diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior será: ∆t=18 - (- 1.2) = 19.2°C Obtenidos así los datos del estado del aire interior y exterior, corresponde analizar el cerramiento, en este ejemplo el muro de un sistema pesado fig.40. Hormigón 11.7 °C que es la de rocío. Con la misma ubicación se verificará un muro de ladrillos comunes con revoque en ambas caras ver fig.41. Se calculan las resistencias térmicas : Resistencia Superficial Interior = 0.17m2 K/W 2 cm de Revoque (0.02/0.93) = 0.02 m2 K/W Muro lad. común (0.125/0.81) = 0.15 m2 K/W 2 cm de Revoque (0.02/0.93) = 0.02 m2 K/W Resistencia Superior Exterior = 0.03 m2 K/W Resistencia Total = 0.39 m2 K/W Hormigón Revoque Ladrillo común Polestireno expandido T i = 18 °C HR = 67 % T i = 18 °C HR = 67 % 40 25 EXTERIOR INTERIOR EXTERIOR INTERIOR 70 2 Fig. 40. Muro de sistema pesado de grandes paneles de hormigón Se calcula su resistencia térmica: (se usan los datos del ejemplo 1 de cálculo del K) Resistencia superficial interior = 0.17 m2 K/W (para ver esta verificación, Rsi=0,17) 7.0 cm Hormigón (0.07/1.63) = 0.043 m2 K/W 2.5 cm Poliest. Exp. (0.025/0.04) = 0.63 m2 K/W 4.0 cm Hormigón (0.04/1.63) = 0.024 m2 K/W Resistencia Superficial Exterior = 0.03 m2 K/W Resistencia Total = 0.897 m2 K/W Con este valor se reemplaza en fórmula [3] y se obtiene la caída de temperatura en la capa superficial : τ = 0.17 x 19.2 / 0.897 = 3.64 °C por lo tanto reemplazando en [2] : θi = 18°C - 3.64 °C = 14.36 °C Se deberá verificar que esta temperatura que tiene la superficie interna del muro sea mayor que temperatura de rocío del aire interior. Del Diagrama Psicrométrico, fig.36, se fija el punto D que corresponde al estado del aire interior (Ti=18°C, Hri=67%), con una recta horizontal que pase por D al cortar la curva de HR= 100% definimos el punto E, la temperatura que se encuentre en la vertical de ese punto será la que corresponda a la temperatura de rocío del aire interior. En este caso = 11.7 °C. Se verifica entonces que no habrá condensación superficial pues la temperatura superficial interior es 14.5°C > 12,5 2 Fig. 41. Pared de ladrillo común La caída en la capa superficial será: τ = 0.17 x 19.2 / 0.39 = 8.37 °C por lo tanto reemplazando en [2] : θi = 18°C - 8.37 °C = 9.63 °C y siendo la temperatura de rocío del aire 11.7°C > que 9.63°C habrá riesgo de condensación superficial en el muro analizado en la ubicación de referencia. Para finalizar el tema de la condensación superficial, en una casa correctamente ventilada, se evita con un cerramiento de buena aislación, es decir de bajo K. 2.b.Condensaciones intersticiales: Si bien las condensaciones superficiales son las visibles, las condensaciones que se producen en el interior de las paredes pueden llegar a causar mayores problemas al edificio. Supongamos que la temperatura de rocío, calculada como vimos mas arriba, en vez de ser alcanzada sobre la superficie del muro, se alcanza en un punto del interior del mismo. En este caso puede que haya condensación en ese punto. ¿De qué depende? Depende de que el vapor de agua del aire llegue a ese punto donde se producirá la condensación. El vapor de agua como se vio en la parte teórica, junto a otros gases forma lo que conocemos como “Aire” pero para cada estado de temperatura y humedad del aire corresponde una determinada presión del vapor de Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 76 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 77 Permeab. Permeancia δ ∆ Material gr/m.h.kPa Aire en Reposo Aislantes Corcho Lana de Vidrio Poliestireno Expand. Planchas Hormigones: de 1800 kg/m3 de 2400 kg/m3 Hormigones Livianos de 700 kg/m3 de 1000 kg/m3 Morteros y Revoques de Cemento de Cal y Cemento de Yeso Placas de Yeso de Fibro Cemento Tipo “ HardBoard” de Terciado Mampostería de Ladrillos Madera en General Vidrio Metales Azulejos y Cerámicas Pinturas A la cal Látex Epoxi gr/m2.h.kPa 75 0.0825 0.5 0.0075 0.044 0.02 0.12 0.07 0.022 0.044 0.07 0.11 0.026 0.007 0.002 0.09 0.045 6.4E-05 0 0.0032 75 1.13 1.13 Barreras de Vapor Hoja de Aluminio 25 micrones Hoja de Aluminio 8 micrones Film de Polietileno de 0.05mm (50 micrones) de 0.1 mm (100 micrones) de 0.2 mm (200 micrones) Fieltro Asfáltico Papel Kraft c-lám. de asfalto Pintura Asfáltica 0 0.0112 0.033 0.016 0.008 0.67 0.15 0.1 Fig.42: Permeabilidades y permeancias al vapor de agua s/IRAM 11601 Tabla XI 3,3 40 25 7,5 10 89 70 Fig. 43. Comparación de resistencias al paso de vapor de elementos comunes en los muros Hoja de aluminio esp. 8 micrones 0 2,78 30 Film de polietileno esp. 50 micrones 0,45 Pintura asfáltica 20 Tabique de hormigæon esp. 15 cm 40 Revoque hidrófugo 60 Poliestireno expandido esp. 2,5 cm 80 Mamp. de ladrillos comunes esp. 25 cm [m2.h.k Pa / g] 100 agua; el estado del aire interior es muy distinto del exterior y se traduce en distintas presiones del vapor. Esta diferencia de presiones constituye el “motor” de la difusión o pasaje del vapor a través de los cerramientos. Surge entonces el concepto de “Permeabilidad” (δ) al vapor de agua de un material y se define como la cantidad de vapor de agua que pasa por unidad de tiempo a través de la unidad de superficie de un material de cierto espesor, cuando la diferencia de presión de vapor entre sus caras es la unidad. Se mide en g/m x h x kPa. Para los elementos constructivos de espesores pequeños, en forma de películas, láminas u hojas, se define la Permeancia, D, que se mide en g/m2.h.kPa, y mide la cantidad de vapor que atraviesa el elemento por metro cuadrado en la unidad de tiempo y ante la unidad de presión. También se puede definir la Permeancia de un material homogéneo con espesor “e”, como ∆ = δ/e. Para los materiales usuales como ladrillos, hormigones, etc. se usa la permeabilidad. Si los materiales dificultan el pasaje del vapor se hablará de “frenos al vapor”, cuando su permeancia ∆ es mayor que 0.75 g/m2.h.Kpa. Se define como “barrera de vapor” a todo elemento constructivo que tenga una permeancia ∆ menor que 0.75 g/m2.h.Kpa. La Norma IRAM 11601 en su Tabla XI enumera materiales y sus distintas permeabilidades o permeancias. En la fig. 42 extractamos los de mas uso. La resistencia a la difusión, o paso, del vapor de agua (Rv) se define como la inversa de la permeancia al vapor de agua. Si se trata de un cerramiento de diversas capas con permeabilidades y espesores distintos será la sumatoria de se define: Rv = 1/∆ + Σ ei/δi No se toman en consideración las resistencias que puedan generarse al paso del vapor en las capas de aire superficiales, externas e internas, como se hace con las resistencias térmicas. En el gráfico de la fig.43 se ilustra la resistencia al paso del vapor de distintos elementos constructivos, sin duda los conocidos como barrera de vapor son los eficaces. El mortero de cemento, aún con hidrófugo, es muy poco resistente a la difusión del vapor y de ninguna manera constituye una barrera de vapor. La cantidad de vapor de agua que atraviesa el cerramiento será directamente proporcional a la diferencia de presiones del vapor entre el interior y el exterior e in- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 77 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 78 versamente proporcional a la resistencia al paso del vapor del cerramiento. -15.00 -14.50 -14.00 -13.50 -13.00 -12.50 -12.00 -11.50 -11.00 -10.50 -10.00 -9.50 -9.00 -8.50 -8.00 -7.50 -7.00 -6.50 -6.00 -5.50 -5.00 -4.50 -4.00 -3.50 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 Método de Verificación del Riesgo de Condensación Intersticial Los datos de partida son las temperaturas y humedades relativas interiores y exteriores utilizados en la verificación del riesgo de condensación superficial. Temperaturas y Humedades relativas interior y exterior. Usando los valores del análisis de resistencias térmicas del cerramiento se calculan las temperaturas que tienen las distintas capas o planos del cerramiento desde el interior hacia el exterior. Los planos se toman en los cambios de material, de tal manera que dentro de cada capa se mantiene la pendiente de la caída de temperatura por tener el material conductividad única. Si llamamos “i” al plano interior y “n” al exterior, tendremos: t1 = tint t2 = t1- (∆t x R1-2) / Rt [4] t3 = t2 - (∆t x R2-3) / Rt ...... tn = text siendo: t1;t2;....tn temperat. de los planos considerados tint la temperatura interior de diseño; text la temperatura mínima exterior de diseño; ∆t = tint-text Ri-(i-1) es la resistencia térmica en m2K/W, de la parte del cerramiento ubicada hacia el interior respecto del plano “i” considerado; Rt es la resistencia térmica total del cerramiento. Con estos datos se obtienen las temperaturas en cada plano considerado. Corresponde luego obtener las presiones que tiene el vapor de agua al atravesar los distintos planos, de manera análoga a la anterior se calculan las presiones: p1=pvint p2= p1-(∆p x Rvi) / Rv [5] ....... pn= pvext siendo: p1, p2,..,pn la presión del vapor de agua en los planos considerados, en kilopascal [kPa] pvint la presión de vapor de agua en el interior, en kPa. pvext la presión de vapor de agua en el exterior, en kPa. 0.165 0.173 0.181 0.190 0.198 0.208 0.218 0.228 0.238 0.249 0.260 0.272 0.284 0.296 0.310 0.324 0.337 0.352 0.368 0.384 0.401 0.419 0.437 0.456 0.476 0.496 0.517 0.538 0.562 0.586 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,50 11,00 11,50 12,00 12,50 13,00 13,50 14,00 14,50 0,610 0,635 0,657 0,682 0,705 0,732 0,759 0,787 0,813 0,843 0,872 0,902 0,935 0,968 1,002 1,038 1,073 1,110 1,148 1,187 1,228 1,270 1,312 1,358 1,403 1,451 1,498 1,548 1,599 1,653 15,00 15,50 16,00 16,50 17,00 17,50 18,00 18,50 19,00 19,50 20,00 20,50 21,00 21,50 22,00 22,50 23,00 23,50 24,00 24,50 25,00 25,50 26,00 26,50 27,00 27,50 28,00 28,50 29,00 29,50 30,00 1,706 1,762 1,818 1,878 1,937 2,001 2,065 2,132 2,197 2,268 2,340 2,413 2,487 2,566 2,645 2,727 2,810 2,897 2,985 3,077 3,169 3,266 3,362 3,463 3,566 3,674 3,781 3,894 4,006 4,124 4,244 Fig. 44 : Tabla de presiones de vapor saturado Dp= pvint-pvext diferencia de presiones de vapor entre el interior y el exterior; Rv i -(i-1) es la resistencia al paso del vapor, de la parte del cerramiento ubicada hacia el interior del respecto del plano “i” considerado Rv es la resistencia al paso del vapor de agua del cerramiento siendo: Rv = e1/δ1 + e2/δ2 +... + en/δn + 1/∆ donde: e1,e2,...,en son los espesores de las sucesivas capas de materiales del cerramiento, en metros. δ1,δ2,...,δ3 son las permeabilidades al paso del vapor de las sucesivas capas de materiales que se miden en gramos por metro cuadrado hora kilopascal. [gr/m2 h kPa]. ∆ la permeancia de la barrera de vapor o película, si los hubiera en gramo por metro cuadrado hora kilopascal. Las presiones interiores y exteriores se obtienen usando el diagrama psicrométrico. Una vez calculadas las presiones del vapor de agua en cada plano de análisis, con esas presiones se obtiene la temperatura de rocío para cada una de ellas. Para ello Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 78 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 79 se puede usar el diagrama psicrométrico, o la tabla VII de la Norma IRAM 11625 de presiones de vapor de agua saturado. Ver fig. 44. A esta temperatura condensa el vapor que se encuentra en ese estado de presión en cada plano de análisis. Si la temperatura en ese plano, que se calcula como se vio mas arriba, es mayor, no habrá problema. Si es menor el vapor de agua condensará en ese plano: es decir habrá CONDENSACIÓN INTERSTICIAL. 12,5 25 25 25 2 Placa de yeso Papel Kraft INT con asfalto (barrera de vapor) Caída por resistencia sup. interior Placa de hormigón liviano EXT Revestimiento cementicio Cámara de aire 20 t1= 18°C 15,8°C 15,3°C 15 Usemos los datos de los ejemplos anteriores: se analizará un muro de un sistema liviano (ver fig. 46). La ubicación será: Mar del Plata. En la figura 45 se muestra la tabla que sugiere la Norma IRAM 11625 para el desarrollo del cálculo de la verificación del riesgo de condensación intersticial. En las primeras columnas, del interior al exterior, se colocan los datos de las distintas capas de materiales (IRAM 11601). En la columna de temperatura se tiene como datos la del aire interior: 18°C y la del aire exterior: -0.4°C. Los valores intermedios se calculan según se vio con las resistencias térmicas y la fórmula [4]. Mostraremos como se calcularon algunos de los valores intermedios. Con los valores de Rt (resistencia térmica total del Muro) y la resistencia de cada capa, comenzamos desde el interior : t1= 18°C t2= 18 - (0.13/1.01) x 18.4 = 15.81°C , siendo la temperatura de la capa superficial t3= 15.81 - (0.028/1.01) x 18.4 = 15.3°C t3= t3´ en la barrera de vapor, por su mínimo espesor no se considera caída de temperatura t4= 15.3 - (0.625/1.01) x 18.4 = 3.91°C ...... t8= text = -0.4°C En las últimas columnas se colocan los valores de la presión del vapor. Con la temperatura, la presión del vapor en el aire interior es un dato que se obtiene del diagrama psicrométrico, ver fig. 36, desde ti=18 °C y Hri = 68% (punto F) por la horizontal y hacia el eje de las presiones se tiene: 1.4 kPa. La otra presión de vapor es la que corresponde al aire exterior: te = -0.4 °C y HRe=90 %, punto G, es de: 0.52 kPa. Con la expresión [5] se calculan las presiones interme- Temperatura en °C Ejemplo de Aplicación: 11,9°C 10 Caída por cámara de aire Caída por barrera de vapor 5 3,91°C 0,63°C 0 Caída por resistencia sup. exterior te= - 0,4°C ts ext= - 2,0°C -5 Temp. del muro Temp. de rocío Fig. 46: Muro de sistema liviano y diagrama 12,5 25 25 25 2 Placa de yeso Papel Kraft con asfalto INT (barrera de vapor) Placa de hormigón liviano Lana de vidrio Cámara de aire EXT Revestimiento cementicio 20 19 °C Zona de condensación • Se deteriora la aislación • Humedad 15 10 5 Caída por aislación de lana de vidrio Caída por barrera de vapor -0,4 °C 0 -5 Temp. del muro Temp. de rocío Fig. 47: Incorrecta colocación de la barrera de vapor dias que corresponden a los distintos planos de análisis. A partir de estas presiones de vapor usando la tabla VII de la IRAM 11625 podemos obtener la temperatura de rocío de cada plano. En el ejemplo, la temperatura de rocío del aire interior es siguiendo la horizontal hasta el punto H y verticalmente: 11,9 °C. Con los valores de temperatura y de temperatura de rocío se construye el gráfico de la fig. 46, La línea de trazo lleno representa la temperatura que tiene cada plano Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 79 Materiales d kg/m3 e m λ Ri W/m.ºC m2.ºC/W Diferencia entre temperatura real y la del rocío tr ºC Dif. ºC 68% 1.400 11.9 6.1 1.400 11.9 3.9 1.387 11.7 3.5 0.618 0.2 15.1 0.561 (1.1) 5.0 0.559 (1.1) 1.7 0.530 (1.7) 1.9 0.15 0.520 (2.0) 2.1 0.15 0.520 (2.0) 2.1 0.520 ∆P 0.880 (2.0) 1.6 0.13 1200 0.013 0.440 0.028 0.110 0.114 15.30 0.000 0.150 6.667 15.30 Lana de Vidrio Temperatura de rocío del vapor en esa capa P kPa ∆ RvI δ g/mhkPa g/m2hkPa m2hkPa/g 15.81 Placa de yeso Barrera de Vapor: Papel Kraft c/Asfalt. Presión del vapor en esa capa ϕ % t ºC 18.00 Aire interior Resist. sup. interior Humedad relativa Resistencia al vapor (Rv = 1 / ∆) Permeancia Permeabiliad Temperatura real en ese plano Resistencia Térmica de la capa Conductividad Espesor Densidad Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 80 30 0.025 0.040 0.625 0.050 0.500 3.91 0.025 Cámara de Aire 0.180 75.000 0.013 0.63 Placa Horm. Liviano 1600 0.025 1.040 0.024 Revest. Cementicio 1800 0.002 0.900 0.002 0.100 0.250 0.022 0.091 0.19 0.04 Resist. sup. int. Aire exterior Muro de un Sistema Liviano Condicion: Invierno Entre paréntesis valores negativos R 1.01 (0.40) ∆t 18.40 90% Rv 7.635 Fig. 45: Tabla para verificar el riesgo de condensación superficial. del cerramiento. Saliendo de los 18°C cae la temperatura con la resistencia superficial interior. La temperatura sobre la cara interna de la placa de yeso es de 15.81°C, dentro del espesor de la placa la temperatura desciende con otra pendiente que se debe a la resistencia térmica del Yeso. Inmediatamente después de la placa se encuentra la lana de vidrio, la caída de la temperatura en el aislante es muy violenta, baja de 15.3 a 3.91 °C en solo 2.5 cm, como habíamos visto anteriormente es mucho mas importante su papel que el de la cámara de aire donde pasa de 3.91 a 0.63°C. Finalmente luego de caer levemente en la placa de hormigón liviano, el revestimiento cementicio y la resistencia superficial exterior, la temperatura alcanza el nivel del aire exterior. El trazo entrecortado nos muestra las diferentes temperaturas de rocío a la cual condensaría el vapor de agua que pasa por el cerramiento. La caída de la temperatura de rocío se produce donde se ha colocado la barrera de vapor, en este caso un film de polietileno de 50 micrones que se encuentra adherido a la lana de vidrio. Después de la barrera de vapor la temperatura a la cual condensa el vapor que atraviesa esa capa es de menos de cero grado (-2.0 °C), temperatura que en este caso ya no se alcanzará. No habrá riesgo de condensación intersticial. Importancia de la ubicación de la Barrera de vapor Muchas patologías de humedades en los cerramientos se deben a la falta de barreras de vapor, pero otras aparecen aún cuando estas han sido colocadas. El problema aparece porque se ha colocado mal. Hemos observado viviendas donde se ha colocado la lana de vidrio con la cara que tiene el film de polietileno hacia el exterior, razonando que de esta manera se protegía la aislación de posibles filtraciones de agua exterior. Ver fig.48. Esta solución garantiza los problemas: es peor colocar mal la barrera de vapor que no colocarla. Como analizamos en la tabla, fig. 48, y en el gráfico, fig. 47, la temperatura después de la placa de yeso, cámara de aire y aislación de lana de vidrio, cae por debajo de las temperaturas de rocío, produciéndose la condensación. La barrera de vapor hace caer la temperatura de rocío cuando ya se alcanzó la condensación: es ineficaz. El agua condensada se acumulará en la zona indicada, deteriorando la aislación, con el deterioro de la aislación la temperatura se reduce y aumenta así la zona de condensación. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 80 Materiales d kg/m3 e m λ Ri W/m.ºC m2.ºC/W ∆ RvI δ g/mhkPa g/m2hkPa m2hkPa/g Diferencia entre temperatura real y la del rocío Temperatura de rocío del vapor en esa capa ϕ kPa tr ºC Dif. ºC 68% 1.400 11.9 6.1 1.400 11.9 3.9 1.387 11.7 3.5 1.328 11.7 0.3 0.559 11.1 -10.5 0.530 (1.1) 1.7 0.520 (1.7) 1.9 0.15 0.520 (2.0) 2.1 0.15 0.520 (2.0) 2.1 0.520 ∆P 0.880 (2.0) 1.6 0.13 15.81 Placa de yeso Presión del vapor en esa capa j % t ºC 18.00 Aire interior Resist. sup. interior Humedad relativa Resistencia al vapor (Rv = 1 / ∆) Permeancia Permeabiliad Temperatura real en ese plano Resistencia Térmica de la capa Conductividad Espesor Densidad Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 81 1200 0.013 0.440 0.028 0.110 0.114 15.30 0.025 Cámara de Aire 0.180 75.000 0.013 12.02 0.025 0.040 0.625 Lana de Vidrio Barrera de Vapor: Papel Kraft c/Asfalt. 30 Placa Horm. Liviano 1600 0.025 1.040 0.024 Revest. Cementicio 1800 0.002 0.900 0.002 0.050 0.500 0.63 0.000 0.150 6.667 0.63 0.100 0.250 0.022 0.091 0.19 Resist. sup. int. Aire exterior Muro de un Sistema Liviano Condicion: Invierno Entre paréntesis valores negativos 0.04 R 1.01 (0.40) ∆t 18.40 90% Rv 7.635 Fig. 48: Análisis de barrera de vapor mal colocada Esta zona de condensación avanzará hacia el interior y puede manifestarse como condensación superficial. La humedad en la pared o techo amenaza no solo la habitabilidad de la vivienda sino que puede comprometer su durabilidad y seguridad, mediante la corrosión de las estructura internas o la degradación de los materiales. Un cerramiento que condensa en invierno, tiene la posibilidad de secarse hacia el exterior en el verano. A menos que como ocurre en este caso la barrera de vapor impida el intercambio con el exterior. La única posibilidad de secarse será evaporando hacia el interior. Como se puede ver en la fig. 49 es mejor no colocar barrera de vapor que colocarla en una posición inadecuada. En efecto se ve allí como la condensación se produce en la cámara de aire y no en el aislante. La cámara de aire si está ventilada y dispone de un drenaje, tiene la posibilidad de evacuar la humedad. Es interesante observar lo que sucede si colocamos los mismos materiales, pero con la aislación del lado exterior y la cámara de aire del interior. Ver fig. 50. Se observa que la condensación se produce en la aislación, esta humedad deteriora el poder aislante de la lana de vidrio y el proceso de condensación se intensifica. Según se ubique la aislación pueden disminuirse los problemas de condensación, más aún en ciertos casos puede llegar a evitarse el riesgo de condensación sin colocar barrera de vapor. Todas estas alternativas obligan al profesional a hacer el análisis de riesgo de condensación. Como orientación, se puede decir que la barrera de vapor se debe colocar del lado caliente del muro o techo, es decir mas cerca del lugar de donde viene el vapor. La anterior es una simple orientación y no debe excluirse el análisis. Pequeñas condensaciones intersticiales pueden ser toleradas en algunas circunstancias especiales tales como: - cuando se trata de materiales que no son afectados por el agua como por ejemplo los cerámicos; - cuando la condensación afecta una pequeña porción del muro; - cuando esa humedad puede ser evacuada al exterior pasado el invierno. Estas premisas se deben cumplir simultáneamente. Las barreras de vapor mas usadas en nuestro país son las pinturas asfálticas en los sistemas constructivos tradicionales, los films de polietileno (ver fig. 51), el papel Kraft con pintura asfáltica. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 81 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 82 12,5 25 25 25 2 Placa de yeso Placa de hormigón liviano INT Lana de vidrio Cámara de aire EXT Revestimiento cementicio 20 18°C 15 10 5 Caída por aislación de lana de vidrio Zona de condensación en cámara de aire y placa de hormigón Fig. 51: Colocando polietileno como barrera de vapor -0.4°C 0 -2°C 120 -5 Temp. del muro Temp. de rocío 25 Hormigón liviano Fig. 49: Muro de sistema liviano sin barrera de vapor Hormigón liviano INT 25 25 25 Poliestireno expandido Placa de hormigón liviano Placa de yeso INT EXT 2 Cámara de aire Lana de vidrio 20 18°C EXT Temperaturas (°C) 12,5 40 Revestimiento cementicio 20 18°C 15 10 5 15 -0.4°C 0 10 5 Caída por aislación de lana de vidrio -2°C -5 Zona de condensación sobre la aislación Temp. del muro Fig. 52: Muro de hormigón liviano sin barrera de vapor. Análisis sin pintura. -0.4°C 0 Temp. de rocío -2°C -5 Temp. del muro Temp. de rocío Fig. 50: Muro de sistema liviano con aislación del lado frío. En los últimos años con el desarrollo de pinturas y revestimientos sintéticos que tienen características de barrera de vapor, se producen circunstancias que afectan a los muros o techos donde se aplican. Muros que con ciertas pinturas no presentaban problemas al cambiar el tipo de pintura, sobre todo la exterior, comienzan a condensar. En la fig. 52 aparece un muro de paneles de hormigón liviano y aislación adicional de poliestireno expandido. Para las condiciones de los ejemplos anteriores se hace el análisis de las temperaturas de cada plano y las de rocío. Se observa que a pesar de no tener barrera de vapor no hay riesgo de condensación. La fig. 53 nos muestra el mismo análisis para el mismo muro pero en esta ocasión se han considerado las resistencias al paso del vapor de las pinturas utilizadas. Del lado interior se consideró una pintura de tipo látex (de Permeancia ∆=1.13 g/m2 h kPa) y del lado exterior una pintura acrílica (de Permeancia ∆=3.75 g/m2 h kPa). El resultado es muy similar al caso de la figura 52, hay Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 82 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 83 120 25 40 120 Hormigón liviano Hormigón liviano Pintura acrílica Pintura al látex EXT 18°C 10 5 0 15 Poliestireno expandido EXT Caída por pintura acrílica Caída por pintura al látex 10 5 Caída por pintura tipo esmalte Zona de condensación -0.4°C -2°C -5 Temp. de rocío Temp. del muro Fig. 53: Muro de hormigón liviano sin barrera de vapor. Pinturas que no son barreras de vapor dos pequeños escalones o caídas, donde cae la temperatura de rocío en las caras del muro. La importancia de esta caída obviamente depende de la resistencia al paso del vapor de la pintura. Si el escalón o caída en la superficie exterior es muy grande, como la temperatura de rocío final (la del aire exterior), es fija, lo que ocurre es lo que se ve en la fig. 54. Allí el mismo muro anterior, ha sido pintado exteriormente con una pintura que actúa como barrera de vapor, v.gr. un esmalte (de Permeancia ∆=0.4 g/m2 h kPa). Esta gran resistencia al paso del vapor lleva como se observa en el diagrama a una importante condensación en el interior del muro. Como agravante esa humedad queda imposibilitada de secarse al exterior en verano. Al comenzar a tratar la el pasaje de vapor a través de los muros, se dijo que el motor de este fenómeno es la diferencia de presiones de vapor entre el aire interior y el exterior, esta diferencia de presiones puede provocar que la pintura exterior se englobe y se desprenda, Muchas veces el desprendimiento de pinturas en los muros tiene su origen en la presión de vapor interior. Es el mismo fenómeno que se observa en los techos que se “impermeabilizan“ con membranas y no se le permite al techo ventilar el vapor interior. Aparecerán ampollas que terminarán en la rotura de la cubierta. Si bien en todo tipo de construcción se debe atender a los riesgos de condensación, los sistemas livianos por las características de sus materiales son los mas expuestos a los daños producidos por la humedad. -0.4°C 0 -2°C -5 Temp. del muro Pintura tipo esmalte 20 Caída por pintura al látex Temperaturas (°C) Temperaturas (°C) 15 Hormigón liviano INT 20 18°C 40 Pintura al látex Poliestireno expandido INT 25 Hormigón liviano Temp. de rocío Fig. 54: Muro de hormigón liviano con pintura exterior que es barrera de vapor Los Puentes Térmicos y la Condensación Los puentes térmicos o heterogeneidades, como vimos al tratar las aislaciones, provocan intercambios de calor mas intensos que en el resto del cerramiento. A veces son inevitables, pero deben ser acotados. Considerando la aislación de la vivienda son perjudiciales pues disminuyen la calidad térmica de la misma. Haciendo las consideraciones desde el análisis de las condensaciones los puentes térmicos mal resueltos pueden llegar a comprometer la durabilidad y la seguridad de la vivienda. La norma IRAM 11605 acota los puentes térmicos, ver fig. 55, en su intensidad, y según su separación. El Kpt es el del camino que atraviesa el muro, con mayor K. Aunque este sea quebrado, si el Kpt es menor que el máximo admisible de esa zona bioclimática, se considera aceptable el puente térmico. Este análisis es una aproximación que considera que el flujo de calor es solo transversal al cerramiento. En realidad, en los puentes térmicos, el flujo de calor también es lateral, ver fig. 56. La norma IRAM 11605 permite superar los límites anteriores si se realiza un estudio considerando la transmisión lateral. Lo que limita en este caso es que las temperaturas mínimas interiores del puente térmico (Tpt) y la del muro opaco (Tmo) con respecto a la Temperatu- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 83 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 84 si Kmo Corte de muro con puente térmico Kpt < 1,5 verifica IRAM 11605 Te = 0 °C Kmo Kpt EXT Kmo = del muro opaco Kpt = del puente térmico Puente térmico a 1 1 Ti = 18 °C Kmo Kpt Muro Kpt °C Si a < 1,7 m para verificar IRAM 11605 Kpt Se debe cumplir que < 1,35 m Kmo Temperaturas del plano 1 - 1 18 INT Zona de condensación 17 16 15 Casos especiales 14 Kpt Temperatura de rocío 13 Kpt 12 Zona de condensación 11 Kmo 10 Sistema pesado Sistema liviano Fig. 55: Requisitos para que los puentes térmicos sean admisibles (Norma IRAM 11605) Fig. 57: Condensación por caída de temperatura debido a puente térmico. EXT 4 4 4 3 Tmo Tpt INT Ti = temperatura interior 6 ra del aire interior cumplan la siguiente relación: < 1.5 A nuestro entender es más importante hacer hincapié en que se verifique que no haya condensación. Ver fig. 57. En el corte se observa un esquema de muro con un puente térmico, tomamos un plano cualquiera de análisis: el 1-1 que coincide con la superficie interior. Abajo se muestran las temperaturas en ese plano y se ve como al aproximarse al puente térmico la temperatura desciende por debajo de la de rocío: habrá condensación. Esta caída de la temperatura dependerá de la magnitud del puente térmico. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 2 5 Fig. 56: Variaciones en el flujo de calor debido al puente térmico. Ti - Tpt Ti - Tmo 3 1 1 Humedades de condensación que delatan los puentes térmicos (Se suelen atribuir erróneamente a deficiencias de la aislación hidrófuga). Pueden localizarse en: Pisos 1 Paredes 3 vigas Estructura 2 columnas 5 Juntas 3 encadenado 2 Esquinas Instalaciones 6 Carpinterías Techos 4 Estructuras 3 Juntas Ventilación Fig. 58: Resumen de los puentes térmicos más comunes 84 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 85 Muro aislado Flujo de calor EXT INT ,,,,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,,,, Contrapiso Hormigón Solución EXT Aislante de poliestireno expandido INT Fig. 62: Puentes térmicos en techos Se disminuyen las pérdidas de calor Contrapiso Chapa de revestimiento Problema Hormigón EXT largo = 1,20 m Aislación Fig. 59: Puentes térmicos en pisos Muro Perfiles de estructura Solución Placa de yeso INT Aislación Tablero de terciado Perfiles de estructura EXT Placa de yeso INT Muro Chapa de revestimiento Solución Fig. 61: Correcta colocación de barrera de vapor (Steel Wall Arg) Deberán además estudiarse otros planos interiores del muro y tener en cuenta que las distintas capas tienen otras resistencias al paso del vapor del muro variando así las temperaturas de rocío. Estas consideraciones serán las que definan si el puente térmico es o no tolerable. En la fig. 58 tenemos un resumen de los puntos, lugares o zonas donde se suelen producir los puentes térmicos en las viviendas. En la tabla de la fig. 58 los clasificamos. Veremos algunos de esos tipos de puente térmico y su posible solución. EXT Solución ático ventilado Placa Barrera de vapor Aislación de yeso INT Fig. 63: Puentes térmicos en techos Pisos: Ver fig. 59 Es en regiones frías muy común y su solución sencilla agregando un aislante de no menos de un metro de ancho. Paredes: Ver fig. 60 Existen innumerables posibilidades y no todas tienen solución practicable. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 85 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 86 ESTRUCTURAS (de hormigón) ESTRUCTURAS (de chapa) Solución Columna de hormigón armado Hormigón liviano Solución Solución Barrera de vapor Aislación Columnas de chapa 40 cm INT EXT INT EXT Revestimiento interior Aumentar recubrimientos Hormigón Solución INT Agregar aislación Muro de Hormigón liviano Muro Hormigón INT EXT CARPINTERIAS Solución EXT VIGAS (corte vertical) ESQUINAS INSTALACIONES Solución Solución Aislación INT EXT Muro Fig. 60: Paredes con puentes térmicos En general se debe buscar cubrir con aislación la estructura, Las esquinas son un caso típico pues aunque se mantenga la aislación del muro, el hecho de tener más superficie de pérdida de calor hace que las temperaturas disminuyan en esos ángulos. Las estructuras metálicas plantean continuamente puentes térmicos, se puede separar los perfiles de los revestimientos. O poner revestimientos de un espesor mayor. Una práctica saludable es la que se ve en fig. 61, don- de si bien no se trabaja sobre el puente térmico en sí la continuidad de la barrera de vapor libera a la estructura metálica de cualquier posible condensación. Techos: Ver fig. 62. Al igual que en los muros la estructura provoca puentes térmicos. Las soluciones mas sencillas pasan por los áticos ventilados. Ver fig. 63. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 86 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 87 3. Ahorro de energía en edificios. Coeficiente G Norma IRAM 11604/90. Jujuy Salta (Esta Norma está en revisión desde 1998 y próxima a su aprobación) Catamarca Las normas de aislamiento térmico que deben cumplir los techos, muros y suelos de los edificios, proporcionan las exigencias que deben ser satisfechas para alcanzar condiciones ambientales interiores de bienestar y evitar condensaciones. Sin embargo, estas exigencias no consideran el gasto de energía necesario para conseguir esos niveles de confort térmico. Para cubrir ese aspecto la Norma IRAM 11604 define el coeficiente “G” de pérdida de calor. El objeto entonces de la Norma es “fijar las condiciones técnicas de ahorro de energía en edificios destinados a vivienda que posean equipos de calefacción”. Alcance de la Norma: Por comparación con los valores máximos establecidos se verifica que el “G” obtenido no los supere, cumpliendo así las condiciones de ahorro energético. Aplicación de la Norma: Como es lógico las zonas de aplicación serán aquellas en las que las temperaturas reinantes exteriores hagan necesario el uso de calefactores. Para definirlas concretamente se hace obligatoria su aplicación en las zonas bio-ambientales III, IV, V y VI y las localidades donde se superen los 900 grados-días. Sgo. del Estero Resistencia Corrientes La Rioja San Juan Santa Fe Córdoba Mendoza 390 Paraná 780 San Luis Buenos Aires La Plata La Pampa 1170 Neuquén Viedma 1950 Rio Gallegos 2730 Ushuaia Definiciones y términos en el cálculo de “G” La evaluación de un edificio desde su comportamiento de uso energético se hace en función del valor de “G” ya mencionado y este se define como “la energía perdida por un local calefaccionado (edificio) por unidad de tiempo, unidad de volumen y unidad de diferencia de temperatura en régimen estacionario, cuando se quiere mantener la temperatura interior elegida”. En la Argentina esa temperatura es la de 18°C. La unidad de medida es watt por metro cúbico kelvin (o grado centígrado): W/m3K o W/m3 °C. El valor de G representa las pérdidas de calor por los componentes del edificio y cuando no supera el G máximo admisible cumplirá con el ahorro energético buscado. Se consideran entonces las pérdidas de los muros y techos que dan al exterior y las que se producen en los Formosa Tucumán Fig. 64: Líneas de igual cantidad de Grados Día para el período frío pisos por su contacto con el terreno natural. Las superficies interiores de estos cerramientos conforman la llamada envolvente del edificio calefaccionado y es la que recibe el calor emitido por la calefacción. La intersección de la envolvente con el plano de la superficie del terreno es el perímetro interior de la planta del edificio (P). Vale también hacer una referencia a la importancia que en este caso tiene, cuándo no, el diseño. Análogamente a lo que sucedía en el caso de los sismos, aquí también el diseño compacto favorece el ahorro de energía. Tomemos por ejemplo dos plantas de viviendas que tienen un superficie cubierta de 144 m2. Una rectangular de 8x18 m y otra cuadrada de 12x12 m. El perímetro de la primera es de 52 m y el de la segunda de 48 m. Si las Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 87 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 88 dos tienen la misma altura interior de 2.50 m. La primera en muros tendrá que aislar las pérdidas de 130 m2 y la segunda sólo 120 m2. Algo similar sucede con los pisos en contacto con el terreno donde la diferencia de perímetros exige más aislación cuando la planta es más alargada. En zonas frías se deben buscar diseños compactos. Provincia Buenos Aires Balcarce Dolores Fortín Mercedes Junín Las Flores Mar del Plata Nueve de Julio Patagones Pergamino San Miguel Trenque Lauquen Tres Arroyos Córdoba Valores de G admisibles La tabla de la Figura 66 da en función del volumen del edificio y de las curvas de grados-días, en ordenadas el valor máximo admisible del coeficiente volumétrico “G”. Por ej., un edificio de 1000 m3 de volumen en Buenos Aires (1035°D) no deberá tener un G mayor 2.2 W/m3 °C. Factor de corrección de transmisión de calor: γ Que los muros al exterior den a un local calefaccionado o no, o directamente al ambiente exterior hacen variar los valores del coeficiente “G”. La norma excluye a los locales de subsuelo y deja a criterio del proyectista la inclusión en la envolvente de los locales calefaccionados externos. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Bell Ville Córdoba Grados-día (°D): Es la suma de las diferencias de temperatura, entre 18°C y la media horaria diaria de los días del año en que el promedio es menor que 18 °C. °D = Σ (18°C - T°C exterior días <18°C) En el mapa de la figura 64, de la Norma IRAM 11603, se señalan las líneas de igual cantidad de ºD para el período frío. La Norma IRAM 11604 no se aplica en las zonas bioambientales “I” y “II”, muy cálida y cálida respectivamente, con la excepción de lugares donde el número de grados-día superen los 900. El máximo de °D, con registros, en la zona continental corresponde a la localidad del Cristo Redentor en la provincia de Mendoza, con 7128 °D. Buenos Aires tiene 1035 °D y Ushuaia 4500. Buenos Aires Azul Volumen (V): Para el cálculo teórico es el volumen que corresponde a la envolvente,excluyendo los subsuelos y según el criterio que se adopte, los locales externos. La suma de los “K” de los muros, techos y pisos, juntamente con los de puertas y ventanas multiplicados por sus superficies y dividido todo por el Volumen V constituyen el primer término de la fórmula que da el “G”. El segundo término son las renovaciones de aire. La calidad de la aislación regulará el flujo de calor que escapa y que hay que reponer, a mejor aislación menores pérdidas. Localidad Pilar (Córdoba) Río Cuarto Villa Dolores Chubut Com. Rivadavia Esquel Sarmiento Trelew Jujuy La Quiaca La Pampa General Acha Jujuy Macachín Santa Rosa Victorica Mendoza Cristo Redentor Neuquén Chos Malal Mendoza Las Lajas Río Negro Cipoletti Cnel. J. J. Gómez Choele Choel San Antonio O. S. C. de Bariloche Salta Salta San Juan San Juan San Luis San Luis Santa Cruz Pto. Santa Cruz Río Gallegos Santa Fe Casilda Rosario T. del Fuego Ushuaia Factor ZONA t MA °D Viento terr. (*) Veloc. bioammedia biental (°C) Gr. día α (km/h) III b IVc IVc IVd IVc III a IIIa IVd III a IV III a III b III a IVc III a III a III a III a III a V VI V IVc V III b IV b IV c III a III a VI a IV a IV b V IV b IV c IV c IV c VI III a III a III a VI VI III a III b VI 16.9 13.8 13.8 14.9 14.6 16.0 15.3 13.7 15.8 14.1 16.1 16.1 15.9 14.0 16.5 17.4 16.8 16.0 17.8 12.6 9.0 10.8 13.5 9.4 17.0 15.3 15.4 15.5 15.7 -1.8 15.7 13.5 12.5 13.6 14.6 15.7 15.1 8.3 16.2 17.2 16.6 8.5 6.8 16.5 15.8 5.5 1035 1701 1617 1200 1350 1050 1155 1440 1140 1485 1050 1045 1170 1638 990 720 804 1095 744 2184 3060 2268 1638 3096 540 1320 1320 1290 1245 7128 1245 1827 2121 1674 1680 1275 1260 3240 720 996 924 3120 4032 960 930 4500 11 17 16 18 18 13 7 17 15 22 18 11 21 12 22 12 17 28 9 39 31 27 22 18 9 17 18 14 10 34 8 26 7 15 16 13 12 10 13 14 24 28 10 13 24 *: Para la corrección por inercia se da como valor máximo 0.38 0.89 0.94 0.93 0.91 0.69 0.84 1.00 0.69 0.95 0.65 0.65 0.88 0.54 0.30 0.54 0.66 0.10 0.89 1.00 1.00 0.99 1.00 0.67 0.74 0.71 0.70 0.67 0.92 0.67 0.89 1.00 0.88 0.73 0.65 0.83 1.00 0.90 0.29 0.55 1.00 1.00 0.56 0.85 1.00 α = 1.00 Fig. 67: N. IRAM 11603 y 11604 -Valores para el cálculo de "G" 88 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 89 G (W / m3 °C) 4,0 3,0 1 2 3 4 5 2,0 1,82 900 7 1000 1100 8 9 1,0 500 1300 1500 10 11 12 13 14 15 16 17 3240 0 97 m3 6 1000 1750 2000 2500 3000 4000 5000 1500 2000 2500 3000 Volumen del edificio: V (m3) Fig. 66. TABLA II - Valores máximos admisibles (G) para edificios de vivienda Si un cerramiento da a un local calefaccionado el valor “K” de su transmisión debe corregirse con un factor γ. El valor de g se calcula con una fórmula (Ver 5.2.1. de la Norma IRAM 11604) o se adopta: γ = 0.5 para cerramientos adyacentes a edificios calefaccionados, y γ = 1.0 en cualquier otro caso. Corrección por inercia térmica del terreno: α Se obtiene con la fórmula α = 360 (18 - tma) / °D Si α > 1 se toma α = 1 donde: tma: es la temperatura media anual de la localidad o de la más próxima, según la Fig. 67, que es una tabla confeccionada con valores para el cálculo del “G”, extraídos de las Normas IRAM 11603 y 11604. °D: los grados-día de la localidad o la de la localidad más próxima dentro de la misma zona bio-ambiental La norma dice también que de no contarse con el valor de la conductividad del terreno se adoptará λt = 1.2 W/mºC. El ancho a considerar para determinar la pérdida es el valor b que se obtiene de la Tabla VII de la Norma. Ver Fig. 68. Para el cálculo Kp del piso, se toma la resistencia superficial interior y la suma de las capas que lo forman has- ta una profundidad de 30 cm donde si corresponde se incluye el espesor del suelo natural. Infiltración de aire. La infiltración de aire se produce en una vivienda por las juntas de las aberturas, puertas, ventanas, etc. Este aire disminuye la temperatura interior que obliga a un aporte de energía calórica. En principio, digamos que la norma limita en su Tabla 1, Fig. 65 por zona bio-ambiental las infiltraciones admisibles. Son mínimas, para la Zona VI, la más fría. Zona bioambiental Caudal por unidad de superficie de abertura (m3 / h m2) III y IV 80 V 40 VI 20 Fig. 65: TABLA I - Infiltración por zona ambiental ¿Cuánto es el caudal infiltrado? El caudal se puede medir a través del procedimiento establecido en la Norma IRAM 11523 experimentalmente. La otra forma es calcularlo teóricamente con las tablas IV, V y VI, ver Figs. 69, 70 y 71 respectivamente, y con Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 89 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 90 la velocidad media del viento que para la localidad da la Norma IRAM 11603. La Tabla IV da los caudales de aire infiltrado por m2 para los más usados tipos de aberturas, de abrir, corrediza, etc. y los materiales de marcos y hojas. La tabla V da el coeficiente “c” de corrección de la velocidad media del viento, con la altura del edificio y rugosidad del terreno. Por último la tabla VI suministra los caudales de ventilación de rejillas sin conducto. Tipo de hoja de abrir puertas y ventanas Abrir común Corrediza Número de renovaciones: n Se calculan con las siguientes fórmulas: n= Σ li Si V n = n' + n" donde: n: el Nº de renovaciones de aire promedio por hora del edificio calefaccionado. Ii: caudal de aire infiltrado por el cerramiento móvil obtenido de la Tabla IV en m3 / hora m2 de cerramiento. Si: el área móvil del cerramiento anterior en m2. V: el volumen interior del edificio calefaccionado en m3. n’: Nº de renovaciones de aire promedio por hora del edificio debido a las ventilaciones naturales incluídas las rejillas (Tabla VI) Fig. 71. n’’: Nº de renovaciones de aire promedio por hora, del edificio debido a las ventilaciones controladas p.ej. extractores, inyectores. De las dos fórmulas se tomará el valor mayor. La ventilación de los locales a los efectos de la Norma se fija como mínimo en una renovación de aire por hora. En otras normas extranjeras se completa este valor fijándose: 1 para 0 < V < 100 m3 0.75 para 100 < V < 500 m3 0.50 para 500 < V < 1000 m3 Coeficiente volumétrico “G” Guillotina Pivotante eje horiz. Pivotante eje vert. donde: Km: Transmitancia térmica de muros y techos sumados, que componen el cerramiento opaco y que dan al exterior en W/m2 ºC Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 8 Marco de chapa y hojas de perfiles metálicos Marco y hojas de chapa doblada Marco y hojas de aluminio(máximos) Marco y hojas de madera Marco y hojas de chapa doblada Marco y hojas de aluminio Marco y hojas de madera Marco y hojas de PVC Marco de chapa y hojas de aluminio Marco y hojas de aluminio Marco y hojas de aluminio Marco y hojas de aluminio Marco de chapa y 16 24 32 36 6 a 14 12 a 28 18 a 43 23 a 57 33 a 79 21 10 31 42 59 4 a 14 7 a 28 11 a 42 15 a 55 21 a 78 18 9 27 36 50 19 10 29 38 54 4 a 14 9 a 22 13 a 34 18 8 24 4 a 14 7 a 27 11 a 41 19 10 29 1 a 12 3 a 24 4 a 36 10 5 15 5 a 11 10 a 21 14 a 32 14 7 21 3 a 9 6 a 17 9 a 26 11 6 17 1 a 8 2 a 16 3 a 25 11 6 17 1 a 11 1 a 22 2 a 23 9 5 14 0 a 9 0 a 18 0 a 28 4 2 6 3 a 9 5 a 17 8 a 26 10 5 15 8 Banderola 0a3 2 16 23 1 a 6 1 a 10 4 5 18 a 45 25 a 63 32 45 14 a 54 20 a 76 38 54 6 a 48 8 a 68 21 29 19 a 43 27 a 60 28 39 12 a 34 17 a 48 23 32 4 a 33 5 a 46 22 31 3 a 14 4 a 62 18 26 0 a 37 0 a 52 8 11 11 a 34 14 a 48 20 25 31 44 1 a 13 2 a 18 7 10 Los valores dados corresponden a un mínimo, máximo y promedio del caudal de aire infiltrado, considerados por metro cuadrado de superficie de abertura según las características de la carpintería. Fig. 69 : TABLA IV - Norma IRAM 11604 -Caudal de aire infiltrado (I) por unidad de superficie de abertura de la carpintería (m3 / h m2) Altura (h) m ≤ 10 15 20 30 45 70 Rugosidad del terreno urbana suburbana rural 0.6 0.7 0.9 1.1 1.4 1.7 1.0 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 1.4 * 1.7 2.0 2.3 2.6 2.9 *: Coeficente de la velocidad media indicada en la norma IRAM 11603 Fig. 70: TABLA V - Norma IRAM 11604 - Coeficiente de corrección (C) de la velocidad media del viento con con la altura del edificio y la rugosidad del terreno. Rejilla cm SKm Sm+SKv Sv+S g Kr Sr+a Kp P b G = —————————————————— + 0.35 n V Velocidad del viento (km/h) Material constitutivo Area libre de ventilación cm2 Caudal de aire pasante (m3/h) mínimo máximo 34 17 64 1x23x15 45 24 128 2x23x15 57 31 192 3x23x15 85 45 320 5x23x15 Fig. 71: TABLA VI - Norma IRAM 11604 -Ventilación natural por rejilla (sin conducto) 90 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 91 Sm: Superficie interior de los cerramientos anteriores en m2. Kv: Transmitancia térmica de los elementos que componen los cerramientos no opacos que dan al exterior en W/m2 °C. Sv: Superficie interior de los cerramientos anteriores en m2. γKr: Transmitancia térmica corregida de los cerramientos opacos y no opacos que lindan con locales no calefaccionados en W/m2 °C. Sr: Área interior de los cerramientos opacos y no opacos anteriores en m2. α: Factor de corrección por inercia térmica. Kp: Transmitancia térmica de los cerramientos en contacto con terreno (solados y muros de subsuelo) en W/m2 °C. P: Perímetro de los cerramientos anteriores en m. β: Ancho de la superficie efectiva de pérdida de calor de perímetro P de los cerramientos anteriores en m. V: Volumen interior del edificio calefaccionado en m3. 0.35: Calor específico del aire en W/h m3. n: Número de renovaciones de aire promedio por hora del edificio calefaccionado. Ejemplo de cálculo del Coeficiente G Veamos un ejemplo para la obtención del valor de “G” en un caso sencillo de una vivienda pequeña utilizando las planillas que la Norma 11604 ofrece para ordenar el proceso. La vivienda está en zona VI muy fría, en San Carlos de Bariloche con 3240 °D, este dato lo da la Norma IRAM 11603. Se calculan los “K” de los cerramientos de acuerdo a lo visto y luego las superficies de cada uno. Las resistencias superficiales consideradas son Rsi=0.12 y Rse=0.03 (invierno). El cálculo del “K” se debe hacer con los puentes térmico y heterogeneidades que tengan. En el ejemplo por razones de simplicidad y en este caso poca influencia, esto se ha simplificado no considerándolos. En la Figura 72, se muestra una planta con las medidas y denominaciones de los elementos que se necesitan para el cálculo,la altura de piso a cielorraso es de h = 2.40 m. En las figuras 73 y 74 , se muestra el calculo del K de los cerramientos y sus superficies fig. 75. Con estos datos se confecciona una planilla de cálculo, fig.76. DORMITORIO DORMITORIO .08 .125 3.26 3.26 TV3 .125 ESTAR / COMEDOR TV3 .125 TV4 T4 1.63 .08 .60 1.20 COCINA BAÑO TV4 3.40 TV1 FRENTE T1 TV2 .90 T3 .60 1.20 TV3 2.80 1.20 VIVIENDA LINDERA T2 4.80 Proyección techo (TS) COCHERA Fig.72: Vivienda calefaccionada (altura interior H=2,40 m) Zona bioambiental VI: San Carlos de Bariloche (D 3240) Referencias para el uso de la planilla de cálculo (fig.76). Nomenclatura de datos y resultados según la Norma IRAM 11604. (1) Datos de la localidad, proyecto y edificio, con zona bioambiental y número de grados días. (2) Características de la envolvente considerada. (3) La superficie de la planta del edificio vivienda calefacionado. (4) La altura promedio de los locales calefaccionados (desde el piso al cielorraso). (5) El número de plantas del edificio vivienda calefaccionado. (6) El volumen del edificio vivienda calefaccionado. Se calcula efectuando la sumatoria del producto de la superficie y la altura de cada espacio calefaccionado.Si las plantas, se obtiene multiplicando los casilleros (3), (4) y (5). (7) La superficie neta de cada uno de los elementos exteriores opacos. (8) La transmitancia térmica de cada uno de los elementos exteriores opacos. (9) El producto de los casilleros (7) y (8) para cada fila. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 91 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 92 Tipo TV1 Pta. abrir, marco chapa, hoja madera Rsi+Rse Rt = TV2 Pta.abrir, mco. y hoja chapa, c/aislación Mitad superior doble vidrio 2 vidr. y cám. de aire 6mm Mitad inferior s/chapa Rsi+Rse Rt = ρ espesor (Kg/m3) (m) 600 - 0.045 - λ R (W/m°C) (m2°C/W) 0.15 - 0.3 0.15 0.45 K = 2.22 W/m2 °C K = 3.23 W/m2 °C - 0.03 - 0.041 - 0.73 0.15 0.88 K = 1.14 W/m2 °C TV3 Vent. abrir, mco y hoja de chapa, doble vidrio - - TV4 Ventiluz de chapa de dobl. vidrio - - - K = 3.23 W/m2 °C - K = 3.23 W/m2 °C Fig. 73 : Cerramientos móviles (Valores de K: Norma IRAM 11601 y 11604) T1 - Panel: Hormigón liviano Poliestireno expandido Hormigón liviano Rsi+Rse Rt T2 - Panel: Placa de yeso Hormigón liviano Placa de yeso 2 Rsi Rt ρ espesor (Kg/m3) (m) 1400 15 1400 0.06 0.025 0.04 λ Ri (W/m°C) (m2°C/W) 0.44 0.041 0.44 0.136 0.610 0.091 0.15 0.987 Km = 1.01 W/m2°C 1000 1400 1000 0.0125 0.10 0.0125 0.44 0.44 0.44 0.028 0.227 0.028 0.24 0.523 Km = 1.91 W/m2°C T3: sin azulejo = T1 T4 = T1 T5 - Techo: Cielorraso Hormigón liviano Lana de Vidrio At. y chapa 2 Rsi Rt 1400 10 - 0.10 0.05 - 0.44 0.045 - 0.227 1.111 0.15 0.24 1.728 Km = 0.58 W/m2°C T6 - Piso: Cerámico Mortero de asiento Contrapiso de Hormigón Terreno natural Poliestireno expandido Rsi Rt 1800 1800 1600 1600 15 - 0.008 0.01 0.15 0.117 0.015 - 0.7 1.16 0.76 1.2 0.041 - 0.011 0.009 0.197 0.097 0.366 0.12 0.80 Km = 1.25 W/m2°C Fig. 74 : Cerramientos fijos (Valores de Km: Norma IRAM 11601 y 11604) (10) La superficie de cada uno de los cerramientos exteriores no opacos. (11) El número de veces que se utiliza cada tipo de cerramiento exterior no opaco. (12) La transmitancia térmica de cada tipo de cerramiento exterior no opaco. (13) El producto de los casilleros (10), (11) y (12) para cada fila. (14) La superficie de cada uno de los cerramientos que separan locales no calefaccionados u otros edificios. (15) El factor de corrección de la transmitancia térmica. (16) La transmitancia térmica de cada uno de los cerramientos que separan locales no calefaccionados u otros edificios. (17) El producto de los casilleros (14), (15) y (16) para cada fila. (18) El perímetro de los cerramientos en contacto con el terreno (solados y muros de subsuelo) (19) La conductividad térmica del terreno. En caso de no conocerse, se adoptará el valor λ = 1.2 W/mºC. (20) El factor “β” obtenido de la Tabla VII. Fig.68. (21) El factor de corrección por inercia térmica del terreno “α”, siendo su valor el indicado en la Tabla de la Fig.67. (22) La transmitancia térmica de los pisos en contacto con el terreno. (23) La pérdida de calor a través del terreno, la que se obtiene multiplicando los casilleros (18), (20), (21) y (22). (24) La pérdida de calor por transmisión a través de la envolvente del edificio vivienda calefaccionado. Se obtiene sumando las columnas (9), (13), (17) y (23). (25) La velocidad media del viento obtenida de la Norma IRAM 11603 o de la Tabla de la Fig 67. (26) El coeficiente de corrección “c” de la velocidad media del viento obtenido de la Tabla V, Fig. 70. (27) La velocidad media del viento corregida. Se obtiene multiplicando los casilleros (25) y (26). (28) La superficie de cada tipo de cerramiento móvil. (29) El número de cerramientos móviles de cada tipo. (30) La infiltración de aire, obtenida de la tabla IV, Fig.69. Por interpolación se obtienen los valores máximos para la velocidad media del viento según la ubicación. (31) El caudal de aire infiltrado a través de cada tipo de cerramiento móvil.Se obtiene multiplicando los casilleros (28), (29) y (30). (32) El caudal de aire total infiltrado a través de los cerramientos móviles. Se obtiene sumando los valores de la columna (31). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 92 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 93 Edificio (1): Vivienda familiar calefaccionada Localidad: S. C. de Bariloche Zona bioambiental: VI - Muy fría Grados Día: 3240 Pisos en contacto con el terreno Perímetro (18) λt (19) β (20) α (21) Kp (22) Pérdida (23) m W/mK W/m2K W/K Envolvente (2) Vivienda aislada . 25,44 Comprende los cerramientos T1, T2, T3, T4, T5 Superficie calefaccionada (3) m2 Altura (4) m Plantas (5) Volumen (6) m3 (3,4+2,8)x(4,89+1,63)=40,42 2,40 1 97,00 1. 2. 3. 4. 5. S (7) m2 Km (8) W/m2K T1 T3 T4 T5 (techo) 10.88 12.93 15.50 40.42 1.01 1.01 1.01 0.58 Σ= Velocidad del viento (25) Km/h 10 1. 2. 3. 4. 5. 6. TV1 TV2 no opaco TV2 opaco TV3 TV4 S (10) N (11) m2 1.8 0.70 0.80 1.10 0.24 1 1 1 3 2 Kv (12) W/m2K 2.22 3.23 1.14 3.23 3.23 Elemento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 63.15 SxNxKv (13) W/K 4.00 2.26 0.91 10.66 1.55 1,25 34,98 "c" (26) Velocidad corregida (27) Km/h 1,0 10 Cerramientos móviles Cerramientos no opacos exteriores (muros, techos, entrepisos sobre espacios exteriores) Elemento 1,0 Renovación de aire por infiltración SxKm (9) W/K 10.99 13.06 15.66 23.44 1,10 Pérdidas por transmisión (24): 132,46 W/K Cerramientos opacos exteriores (muros, techos, entrepisos sobre espacios exteriores) Elemento 1,2 TV1 TV2 TV3 TV4 S (28) N (29) m2 1.8 1.6 1.1 0.15 I (30) m3/m2h 1 1 3 2 SxNxI (31) m3/h 17.5 17.5 17.5 10.0 120,25 m3 / h Volumen total de infiltración: Número de renovaciones: n = 31.5 28.0 57.75 3.0 (32) = 1,23 (6) 19.38 Pérdidas volumétricas por infiltración = 0,35 x n = 0,43 W/m3 K Otros cerramientos (Entrepisos sobre sótanos o muros que separan locales no calefaccionados) Pérdidas volumétricas por transmisión = Σ= Elemento 1. T2 2. S (14) m2 15.65 λ (15) Kr (16) W/m2K 0.5 1.91 Sxλx Kr (17) W/K = 1,37 W/m3 K G adm (35) = 1,82 W/m3 K 14.95 (33) El número de renovaciones de aire promedio por hora del edificio vivienda calefaccionado. Se considerará, como mínimo, una renovación de aire por hora. (34) El coeficiente volumétrico “G” de pérdida de calor obtenido por cálculo, sumando las pérdidas volumétricas por infiltración y por transmisión. (35) El coeficiente volumétrico G de pérdida de calor máximo admisible, obtenido de la Tabla II, Fig. 66. (33) G cal (34) = 1,80 W/m3 K 14.95 Σ= (24) (6) (32) Análisis de los resultados Se verificó que el Coeficiente G calculado =1.80 W/m3 °K es menor que el G admisible que establece la Norma, se lo obtiene de la fig. 66. y es de G =1.82, por lo tanto CUMPLE, ajustadamente. En el ejemplo resuelto se observa: a) Las pérdidas pueden resumirse en: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 93 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 94 80% para los muros, techos y piso. 20% por infiltraciones de carpinterías. b) Si bien el proyecto de la vivienda puede hacer variar el G obtenido para viviendas de pequeña superficie, como la del ejemplo, las pérdidas serán similares en otros casos y su disminución puede hacerse sin mayor incidencia económica. Si se refuerza el aislamiento con mayor espesor se está actuando sobre el 80% de las pérdidas calculadas y mejorará el comportamiento térmico. c) Las infiltraciones, 20%, pueden bajar con mejor diseño de las carpinterías lo que es más oneroso. También de ser posible, la ubicación de las mismas en las orientaciones donde el viento no es predominante, ayudará. d) Es fácil ver que el aislamiento colocado en una zona como Bariloche, Zona VI, muy fría, no es el adecuado ya que es en zonas más templadas donde se usa el mismo. Estos errores en la aislación se transforman a poco andar en una hipoteca sin término y a pagar en cuotas de combustible. Ahorro de energía La Norma termina con el cálculo de la carga térmica de calefacción anual de un edificio; que debe suplir el equipo de calefacción para mantener constante la temperatura interior elegida, durante el período de calefacción. Q = 24 °D G V / 1000 Q = carga térmica en kilovatios hora (1 kWh = 860 kcal) los otros factores tienen el mismo significado anterior y 24 es el tiempo de calefacción por día en horas. Existen otras fórmulas que hacen intervenir coeficientes de intermitencia, de uso, de tipo de calefacción y de edificio (pesado,normal o liviano). El tipo de combustible influye principalmente por su costo y poder calorífico. Conclusiones 1º) El procedimiento usado es por ahora bastante incompleto y la misma Norma ya lo advierte. En tal sentido recuerda que no se consideran: a) La humedad relativa. b) La condensación y sus cambios térmicos. c) La inercia de las paredes y techos ni las ganancias térmicas por asoleamiento o iluminación artificial. d) Modalidades de uso de la calefacción, intermitencias, número de personas que habitan el edificio. e) Microclimas en ciudades y otras más. 2º) Tampoco es correcto pensar que el refuerzo de aislación reduce el consumo de combustible puesto que: - El aislamiento es uno de los medios para reducir el gasto energético. La tecnología empleada en la instala- ción de la calefacción y el uso correcto de la misma, con referencia a las temperaturas de espacios que no están ocupados, y también la temperatura a mantener el agua caliente cuando no se usa y otros variados recursos ayudan en la economía. - No está probado que un refuerzo del aislamiento, más allá de un cierto límite, nos lleve a consumos menores. Podría incurrirse en derroches que tratamos de evitar. Por ejemplo: en nuestros centros urbanos más importantes, colocar en viviendas, más de 40 cm de aislante ¿Disminuye el aporte energético o es derroche? - Creemos que usando el “G” hacemos una aproximación simplificada para tener la seguridad de obtener buenos resultados en el ahorro buscado. La educación del usuario tal vez sea una de las formas más útiles para asegurar el ahorro de energía. Hoy en los países más desarrollados y más fríos, se sigue estudiando el tema en todos sus aspectos: aislantes, calefactores, cerramientos, combustibles, tecnologías, eliminación de puentes térmicos, etc. Por esto y pese a lo incompleto y simplificado del método del coeficiente “G” de pérdidas se sigue usando. D. El aislamiento acústico en viviendas Introducción. Previo al estudio del aislamiento y acondicionamiento acústico recordaremos los conceptos fundamentales del fenómeno físico del sonido y su propagación. Se entiende por sonido el fenómeno vibratorio, que se origina en una perturbación inicial del medio elástico donde se produce, y se propaga en ese medio en forma de una variación periódica de presión. Es también una sensación auditiva engendrada por una onda acústica. El sonido es una forma de energía que se propaga por el aire y los cuerpos, que al vibrar transmiten a su alrededor la vibración. Una partícula de material alcanzada por el sonido se mueve rítmicamente (en períodos) alrededor de su posición inicial de equilibrio. En este movimiento choca con partículas vecinas que empiezan a vibrar de la misma manera. En este movimiento no hay transporte de material, hay un impulso con movimiento rítmico. No toda variación periódica de la presión ambiental es perceptible como sonido, veremos despues en qué límites se encuentra esta percepción. Esta variación de la presión ambiental es lo que se denomina: presión acústica (p). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 94 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 95 Para su medida se usan magnitudes más pequeñas que el kg/cm2 o “bar”. Se usa el microbar (mbar) que es la millonésima parte del bar o el pascal (pa) 1 pa = 1 N/m2 = 10 µbar = 0.102 Kg/m2. Si la fuente es pequeña y radia de forma igual en todas las direcciones, la superficie de onda es esférica. A gran distancia de la fuente la superficie se puede asimilar a un plano entonces podemos estudiar los dos tipos de onda como: planas y esféricas. (Ver Fig. 77) Si la propagación es con ondas planas existe una relación entre la presión acústica y la velocidad del movimiento vibratorio: p = c.ρ.v donde c = velocidad de propagación del sonido. v = velocidad vibratoria ρ = masa específica del medio de propagación Intensidad del sonido. El oído nos da dos sensaciones: el tono y la intensidad. El tono se puede determinar midiendo la frecuencia, la intensidad es una magnitud en parte, subjetiva. Está relacionada con la presión sonora que es objetivamente medible; sin embargo, dos sonidos de igual presión sonora y de distinta frecuencia no producen la misma sensación de intensidad. La intensidad es una medida para la energía contenida por el sonido en el aire o la potencia del sonido por unidad de superficie se mide en W/m2. En general el oído tiene la sensación de que un ruido es dos veces más fuerte cuando su intensidad es 10 veces mayor. ¿Cómo percibe nuestro oído? Nuestro oído percibe en una banda que va desde una presión acústica de 2.10-4 µbar (umbral auditivo) hasta 1000 µbar (umbral doloroso), si esta pre- sión se supera el oído puede sufrir lesiones irreversibles. En la escala de intensidades el umbral auditivo es de 10-12 W/m2 y el umbral doloroso es de 25 W/m2. Nuestras impresiones sonoras varían en progresión aritmética y las excitaciones físicas que las provocan varían en progresión geométrica,es decir si la excitación va de 10 a 100, nuestra impresión sonora va de 1 a 2. La diferencia del nivel de sonido es una medida logarítmica para la intensidad del sonido o la presión del mismo. Se expresa en decibeles (dB). El decibel se define como 20 veces el logaritmo de la presión sonora referida al umbral auditivo y como la intensidad es proporcional al cuadrado de la presión acústica, se puede definir como 10 veces el logaritmo de la relación de la intensidad acústica referida al umbral auditivo. L (dB) = 20 log (P/Po) = 10 log(I/Io); donde: L: nivel acústico, en dB Po: 2.10-4 nbar presión acústica del nivel auditivo Io: 10-12 W/m2 intensidad del umbral auditivo El umbral auditivo es el nivel de 0 decibeles y el doloroso 134 dB. Por ejemplo la diferencia del nivel de sonidos entre dos habitaciones Nivel en local sonoro: 80 (dB) (radio) Nivel en local receptor: 30 (dB) La diferencia de nivel es: 50 (dB) La diferencia del nivel de sonido depende de la composición de frecuencias de los ruidos producidos. En habitaciones normalmente amuebladas la diferencia del nivel de sonido es igual a la media de aislamiento acústico Rm como veremos. Ondas esférica (fuente próxima) Ondas planas progresivas (fuente muy alejada) Fuente sonora Fig. 77: Propagación en gases y líquidos. Se caracterizan por la presión sonora "ρ" (contracciones y dilataciones) de volumen, por la variación de intensidad y por la velocidad del sonido. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 95 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 96 Período o frecuencia. Frecuencia Amplitud F Representando gráficamente una oscilación cualquiera, ver Fig. 78, se llama período (T) al tiempo que se tarda en realizar un ciclo completo. Se mide en segundos (s). La frecuencia (F) es el número de ciclos (o número de vibraciones que llegan al oído) que se realizan en un segundo. Es por lo tanto la inversa del período: F=1/T Se mide en ciclos por segundo (cps), que se denominan normalmente “hertz” cuya sigla es Hz. Cuanto mayor es la frecuencia tanto más elevado será el tono. Si la frecuencia es baja, el sonido es grave. El oído percibe los sonidos cuya frecuencias están comprendidas aproximadamente entre 20 y 16000 Hz. Por debajo de 20 Hz, infrasonidos, son inaudibles, al igual que los ultrasonidos por encima de 16000 Hz. Los sonidos se clasifican según su frecuencia en: - Graves: de 20 a 400 Hz - Medios: de 400 a 1600 Hz - Agudos: de 1600 a 20000 Hz. (Ver Tabla 1) Se denomina octava al espacio comprendido entre una frecuencia y el doble de esta frecuencia. Puede haber octavas entre 40 y 80, 80 y 160, 160 y 320 Hz o entre 50 y 100, 100 y 200 Hz, etc. Tonos puros: son los que constan de una sola frecuencia. Como ejemplo podemos citar el sonido del silbato. Existen sonidos con vibraciones compuestas que tienen varias frecuencias y que se descomponen al entrar en el oído en sus distintas frecuencias. Dentro de estas está el “timbre” que son vibraciones compuestas de una frecuencia básica (tono fundamental) y otras frecuencias que son múltiplos de la básica. El número e intensidad de estos tonos superiores “harmónicos” determinan el “timbre” de un instrumento. Por último definimos a los ruidos como una mezcla de distintas frecuencias sin un orden reconocible. Ver Fig. 79. T seg Período Fig.78: : C 128 C' 256 C' 512 C' 1024 C' 2048 Hz Frecuencia y tonos (octavas) Vibración compuesta Timbre: Vibración compuesta con una frecuencia básica y múltiplos enteros de frecuencias. Frecuencias componentes del timbre Propagación del sonido Ruido: Mezcla de frecuencias sin orden reconocible Fig. 79: Ejemplos con distintas frecuencias Infrasonidos Frecuencias audibles Graves 0 El sonido es un movimiento ondulatorio, comparable a las ondas que se generan en una cuerda. La cuerda per- 20 Medios 400 Ultrasonidos Agudos 1600 20000 Hz TABLA I Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 96 Flexión Flexión manece en el mismo lugar, la onda se transmite a lo largo de la cuerda. En el aislamiento acústico interesan las ondas transversales y las longitudinales. Las transversales se forman por flexión de la cuerda y las partículas oscilan aproximadamente de forma ortogonal a la dirección de propagación de la onda. Ver Fig. 80. Si las partículas de una cuerda se mueven a lo largo de la dirección de la misma, en ambos sentidos tendríamos una onda longitudinal, es decir una sucesión rítmica de contracciones y dilataciones del material. Ver Fig. 81. La onda longitudinal se presenta como onda acústica en los cuerpos sólidos y líquidos. En los gases es el único tipo de propagación del sonido. Las ondas transversales y longitudinales se propagan en todas las direcciones a partir del foco sonoro. Ondas estacionarias son las que no producen ninguna propagación del sonido, nacen por incidencia de dos ondas iguales, pero de sentido contrario. Ver Fig. 82. Oscilación Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 97 Fig.80: Onda transversal Oscilación perpendicular a la dirección de propagación de la onda Dirección de la oscilación Cuerda y resortes Fig.81: Onda longitudinal Sucesiones rítmicas de dilatación y contratación del material en vibración. Velocidad de propagación y velocidad del sonido. La velocidad de propagación (c) del sonido es la velocidad con que se desplazan las ondas sonoras. Tiene la dirección perpendicular a la superficie vibrante bajo la forma de ondas. Dentro de unos grandes límites, esta velocidad es independiente de la magnitud de la presión acústica. Depende de las condiciones ambientales (presión y temperatura) y fundamentalmente del medio donde se propaga, llamado “campo acústico”. Para un ambiente normal (P = 1 Atm y T = 20 °C) damos unos valores para algunos elementos: Aire = 340 m/s Agua = 1460 m/s Madera = 1000 a 5000 m/s Morteros = 4000 m/s Acero, hierro = 4700 a 5100 m/s Vidrio = 5000 a 6000 m/s Plomo = 1320 m/s Caucho = 40 a 150 m/s. Como se ve en distintos materiales la velocidad de la propagación (velocidad del sonido) es diferente; en el mismo material las ondas transversales y longitudinales se propagan con distinta velocidad. La velocidad en el aire es menor que la de las ondas en cuerpos líquidos y sólidos. Fig.82: Onda estacionarias Nacen de ondas iguales en amplitud pero de sentido contrario. Se anulan las acciones y no se porpaga el sonido. Longitud de onda La distancia que recorre una onda sonora en el tiempo de un período es lo que se llama “longitud de onda” (λ). Ver Fig. 83. Por lo tanto esta longitud de onda dependerá de la velocidad de propagación (c) y del período (T), o su inversa la frecuencia (F). c=F.λ λ = c.T=c/F Se mide en unidades de longitud. Impedancia acústica Cada medio sólido, líquido o gaseoso ofrece una facilidad mas o menos grande para la propagación del sonido. Por analogía con la corriente eléctrica se dice que el medio posee una impedancia acústica (Z). La impedancia acústica se define como el cociente entre la presión acústica (p) y la velocidad propia del movimiento vibratorio (v) es decir: Z=p/v Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 97 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 98 A continuación se dan valores para algunos elementos: λ λ Sustancia Impedancia característica ρc en Ω acústica Sólidos Hierro fundido Hierro forjado Cinc Acero Granito Mármol Onda transversal en una varilla de longitud de onda λ λ λ 270. 104 400.104 240. 104 390. 104 162.104 059. 104 Líquidos Agua (13°C) Agua salada 144.104 155.104 Gases Aire a 0 °C Aire a 20 °C Vapor de agua Onda transversal en una varilla de longitud de onda λ 42.7 41.4 23.5 TABLA I I λ λ Molestia objetiva y subjetiva. a) concepto erróneo b) concepto correcto Representación de ondas trasnversales en una pared para frecuencias normales. La pared no vibra como un todo (a) sino que vibran sus partículas recíporcamente (b) Fig.83: Longitudes de onda λ transversales y longitudinales que para el caso de ondas planas se puede expresar también por: Z = ρ.c siendo: ρ: la masa volumétrica (densidad), y c: la velocidad de propagación. Se mide en ohmios acústicos, equivale a: gr / s.cm2 El concepto de molestia, casi siempre relacionado con el ruido, es un concepto indefinido que se puede descomponer en una parte objetiva y por esto medible y una segunda que no puede medirse, subjetiva. La parte medible se apoya en la impresión que se tiene que las frecuencias altas son más molestas que las bajas. Debido a la subjetividad acústica, es difícil obtener con un solo valor una medida del nivel acústico; es decir un valor objetivizado que se aproxima lo más posible a la percepción del oído. Fletcher y Munson estudiaron la variación de la sensibilidad del oído con la presión sonora (o lo que es lo mismo, con el nivel acústico) y resumieron su estudio en las curvas de la Fig. 84, que dan esta variación de sensibilidad en función de la frecuencia. Como se ve, la sensibilidad es máxima para 1000 Hz, algo mayor para frecuencias mayores y disminuye mucho para frecuencias menores. Los sonómetros, aparatos que miden el nivel sonoro, van equipados con ponderadores, con el fin de tener en cuenta la diferencia de sensibilidad del oído en función de las frecuencias. Las curvas representativas de las correcciones aportadas por estos filtros están normalizadas y designadas por las letras A, B y C. En la Fig. 85 se muestran curvas de igual intensidad en el campo de la protección acústica. Expresan en una sola cifra la energía por bandas de frecuencia y ponderada (curvas A y B del sonómetro) para tener en cuenta la sensibilidad del oído. La curva A corresponde al comportamiento del oído pa- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 98 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 99 nes y equipos industriales. La medida en dB(A) se acepta como la valoración simple mas aproximada a la sensación producida por música, palabra y ruidos comunitarios mas generales, incluídos los de tráfico y electrodomésticos pero sin tonos predominantes. dB 130 120 UMBRAL DOLOROSO 110 100 Reflexión del sonido y absorción 90 80 70 COMUNICACION 60 50 40 UMBRAL DE AUDICION 30 20 10 Hz 0 20 31 62 125 250 500 1000 2000 4000 15000 8000 Frecuencia Curvas de frecuencia Abaco 5 Fig.84: Variación de la sensibilidad del oído con la presión sonora en dB (curvas de Fletcher y Munson) Nivel de sonido 100 Intensidad sonora dB 90 dB (B) 80 dB (B) 80 70 dB (B) 60 dB (B) 60 50 dB (A) 40 dB (A) 40 30 dB (A) 20 dB (A) 20 10 dB (A) Umbral de audición 0 100 200 400 Hz 800 1600 3200 Frecuencia Fig.85: Curvas de igual intensidad en el campo de la protección acústica ( E. Neufert) ra niveles comprendidos entre 0 y 50 dB, zona en que las diferencias de nivel entre las frecuencias son muy grandes. Los ruidos normales se encuentran en este espacio, 40 a 55 dB y por esto la mayoría de las reglamentaciones en uso prescriben en la zona de viviendas la medida con el filtro A. La curva C se usa para ruidos de máquinas, de vibracio- Habíamos visto que la propagación del sonido en gases y líquidos se producía con ondas longitudinales: planas y esféricas caracterizadas por su presión sonora “p” (variación de densidad) y la velocidad del sonido “v” (movimiento). En los sólidos además existían las ondas transversales de flexión o de torsión y ahora agregamos las longitudinales-transversales: de alargamiento, superficiales o de Rayleigh. Las mas importantes desde el punto de vista de aislamiento acústico son las de flexión, que tienen la particularidad de que su velocidad “c” de propagación no es constante, sino que es proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia “f” y a la raíz cuarta del cociente entre la masa superficial y la rigidez a la flexión. En la Fig. 86 se ve como una onda incidente desde el medio “1” se transmite al medio “2”. Las impedancias son Z1 y Z2, al llegar “1” al límite parte de la energía se refleja mediante la onda “r” y otra parte se transmite a “2” mediante la onda “t”. Aparecen entonces los coeficientes de transmisión y de reflexión y que son: Coeficiente de transmisión t = Pt/Pi = 2Z2/Z1+Z2 (t) Coeficiente de reflexión r = Pr/Pi = (Z2-Z1)/Z1+Z2 (r) Esta última ecuación nos dice que cuanto mayor sea Z1Z2 la reflexión será mayor y existirá una elevada amortiguación del sonido. Si en las ecuaciones (t) y (r) n = Z1/Z2 = ρ1c1/ρ2c2 y considerando las condiciones en el límite de los medios: igualdad de las presiones a ambos lados de la superficie de separación e igualdad de las velocidades vibratorias normales sobre esa superficie, se obtiene: r = {(n-1)/(n+1)}2 t = 4n/(n+1)2 A continuación vemos los valores que corresponden a “t” y “r”: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Aire-agua Aire-ladrillo Aire-hierro Agua-hierro t 1.2*10-3 0.25*10-3 0.16*10-3 150*10-3 r 998.8*0-3 998.75*0-3 998.84*10-3 850*10-3 99 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 100 Se observa que el paso del sonido se hace mas difícil del aire al ladrillo que del aire al agua y sobre todo del agua al hierro. Desde ya que la energía transmitida entre el aire y una obra de albañilería es muy pequeña, si la obra tiene aberturas o fisuras la energía puede pasar. Si el muro, por ejemplo, es estanco transmite los ruidos bajo la influencia de las variaciones de presión en su superficie y la pared puede desplazarse y deformarse.Estos desplazamientos tienen amplitudes pequeñas, inferiores a la micra; en la otra cara las amplitudes son de la misma magnitud. Más adelante con la ley de masa veremos el debilitamiento que ocurre en la transmisión. r NT DE CI IN RE FL EJ AD O 1 i Tiempo de reverberación. E La intensidad que produce un foco sonoro, de una determinada potencia en un recinto cerrado puede ser medida por la elevación del nivel sonoro que producen las reflexiones en las paredes. Esta medida es el tiempo de reverberación que es el tiempo en el que la intensidad se reduce a una millonésima de su valor inicial, o lo que es lo mismo en 60 dB después de desconectar la fuente sonora. Este tiempo depende del volumen del recinto y de su poder absorbente. La fórmula de Sabine, una de las más usuales, nos da ese tiempo: T = 0.163 * V/A donde: V: volumen del recinto en m3. A: área de absorción equivalente, en m2. A = αi.Si αi: Grado de absorción de cada material del recinto Si: Superficie correspondiente de cada material (m2) Fracción de "i" no reflejada ("α") 2 t TRANSMITIDO Amortiguación del sonido. Fig. 86: Reflexión del sonido Grado de absorción. Generalmente en vez de “r” se usa el coeficiente de absorción “α” que es la fracción de energía de la onda incidente que no es reflejada, y como la energía es proporcional al cuadrado de la presión sonora es: α = 1 - r2 Para darnos una idea veamos un ejemplo: El grado de absorción de las paredes sin revestir de una habitación vacía empleando materiales usuales de construcción es, en general, menor del 5% (a < 0.05). Teniendo presente que con un grado de absorción del 10% (α = 0.1) son necesarias más de 20 reflexiones para que la energía de una señal sonora se reduzca en 10 dB, es decir, en una décima parte surge fácilmente que las paredes y su composición, juegan un papel decisivo en la intensidad del sonido en el interior de un recinto. La propagación siempre ocasiona pérdidas, hay amortiguación, la presión o la velocidad disminuyen al aumentar la distancia al foco sonoro. Las amortiguaciones pueden ser: De propagación (por disminución de la amplitud de onda y disminución de la densidad de energía). Clásica: debida a la viscosidad del medio o sea por roce y transmisión de calor y molecular por un proceso de relajación molecular. En el aire la amortiguación depende además de la distancia, de las condiciones climáticas y de la frecuencia. Para una temperatura dada, es mayor a mayor frecuencia, y a menor humedad relativa. Aislamiento del sonido. El aislamiento del sonido consiste en impedir su propagación por medio de obstáculos reflectores. Para lograr un gran factor de reflexión hay que interponer al sonido en su camino, un medio cuya impedancia Z sea lo mas diferente posible a la del medio que lo conduce. Debido a esto es que se trata por un lado el aislamiento del sonido en el aire (baja impedancia) y por otro el aislamiento en sólidos (alta impedancia). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 100 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 101 Aislamiento del sonido transmitido por el aire. O también aislamiento del ruido aéreo. En la Fig. 87 vemos como se puede transmitir el sonido desde el local “emisor” al local “receptor”. Camino 1-1: a través de conductos, aberturas, etc. Camino 2-2: por la porosidad, intersticios y fisuras. Por efecto de diafragma, flexión por presión sonora. Camino 3-3: Paredes adyacentes. Emisor A 3 3 1 1 2 2 3 Local de recepción 3 Emisor B 3 3 3 3 3 3 Fig. 87: Transmisión aérea entre dos recintos. Planta esquemática Medida del aislamiento al ruido aéreo. Los procedimientos para medir el aislamiento más usados son: - Aislamiento acústico (D): Es la diferencia de niveles de presión acústica entre el local emisor (fuente sonora) y local receptor. Se calcula mediante la expresión: D = L1 - L2 en dB donde: L1 y L2 niveles acústicos en dB. Este valor puede corresponder a una o varias frecuencias. Este resultado “D” podría considerarse la expresión de un aislamiento bruto sin considerar otras acciones. - Aislamiento acústico normalizado (Dn): En este caso se considera la reverberación que pueda existir en el local receptor, entonces aumenta el nivel L2 y se reduce el aislamiento acústico. Es decir en la fórmula anterior a L2 se le suma un tiempo de una reverberación de 0.5 segundos que corresponde a una habitación normalmente amueblada. Otras normas optan por incrementar el área de absorción en 10 m2. Sucede lo contrario cuando hay elevada absorción: baja reverberación. Queda la fórmula anterior como se indica, con dos alternativas: Dn = L1 - L2 + 10 log T/0.5 = L1 - L2 + 10 log 10/A (dB) donde T: tiempo de reverberación para la frecuencia considerada. A: área de absorción equivalente del local para esa frecuencia. Indice de debilitamiento acústico (R): Usado para mediciones en laboratorio, se define como: R = 10 log W1/W2 (dB) (En N. IRAM 4044 es Rw) siendo: W1 y W2 las potencias acústicas que inciden sobre la muestra y transmitidas por ella. Cuando se ensaya en laboratorio el campo acústico es difuso, se puede utilizar la fórmula: R = L1 - L2 + 10 log S/A (dB) siendo: S: Superficie de la muestra a ensayar (m2) A: Área de absorción equivalente de la sala de recepción (m2) Este índice de debilitamiento acústico está también ligado al coeficiente de transmisión “t” que habíamos visto por la relación R = 10 log 1/t Paredes simples Una pared simple puede ser homogénea, o sea construída con un solo material, o heterogénea, es decir, constituída por varias capas de materiales. No son simples sino compuestas cuando están formadas por dos o varias paredes simples, separadas por una o varias cámaras de aire o material absorbente. Para que las paredes simples tengan un buen aislamiento acústico deben ser: - Suficientemente pesadas. - Poco rígidas. - Estancas al aire. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 101 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 102 cial, para una serie de frecuencias dadas. Ver Fig. 88. La excitación por las ondas incidentes será tanto más difícil cuanto mas pesada sea la pared, pues hay que recordar que son las vibraciones de la pared las que reemiten el ruido. Teóricamente nos dice la ley que duplicando la masa se consigue una mejora cercana a 4.5 dB en el aislamiento, para masas menores de 100 Kg y frecuencia de 500 Hz. Esta ley es experimental, no absoluta, es aproximada y da una idea del comportamiento acústico de una pared. Igualmente el aislamiento es proporcional al logaritmo de la frecuencia. Tomando un cerramiento de 100 kg/m2 y haciendo variar la frecuencia se obtiene el aislamiento: Ley de masa (o de Berger) e incidencia de la frecuencia. Agudos 70 60 Medios z 0H 640 z Graves Aislamiento en decibeles (dB) Esta ley dice que una pared simple tiene mayor aislamiento acústico cuanto mayor sea su masa por unidad de superficie y también es mayor para frecuencias altas. La ley se expresa así: D = 20 log(ωm/2Z) donde: ω: Pulsación (2πF); m: masa superficial Z: Impedancia acústica. Con esta fórmula en una gráfica normal o semilogarítmica, se obtiene el aislamiento acústico de la masa superfi- 0H 50 160 520 Hz 40 400 Hz 100 Hz 30 Aislamiento reglamentario entre apartamentos 20 10 5, 5 s 800 1000 Masa (Kg / m2) m m s illo dr La or 8 n ig ó m or H 400 500 600 ac cm izo ac m s 300 H m 75 o s 200 izo s 11 H .1 cm or 4 m c de . m en 14 lu cm ci do co La en n 1 dr am ,5 co illo n sm ba cm po 1,5 a s ca r l cm ciz as ra os d s do e de s en 2 ca lu 2 ra cid cm s o 60 70 80 90100 cm 50 ta se Lo io io Vi dr Vi dr 40 m 30 illo 20 ye s 7 8 9 10 dr 6 de 5 La 4 rm al Pl ref ac or z ad Vi as dr de o C io g ye ris ru so ta e l d so 13 m e m 6 C m ris m ta ld e 8 m m C ris ta ld e 12 m m 3 no 2 Fig. 88. Ley de masa Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 102 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 103 125 Hz : 32 dB 250 Hz : 36 dB 500 Hz : 40 dB 1000 Hz : 44 dB 2000 Hz : 48 dB 4000 Hz : 52 dB Frecuencia de resonancia: Todos los cuerpos al estremecerse buscan para vibrar sus frecuencias propias, llamadas frecuencias de resonancia. La frecuencia de resonancia de las paredes simples no es molesta cuando se sitúa en frecuencias muy bajas, no sucede lo mismo para dobles cerramientos como veremos. λ i da On nte ide nc λ0 Influencia de la elasticidad. Una pared delgada y tensa como puede ser un vidrio, bajo el efecto de ciertas frecuencias, vibra como una membrana y posee frecuencias de resonancia audibles. Todas las paredes dan origen a fenómenos de este tipo en los que la amplitud es función inversa de la masa y se deforman: a) Bajo el efecto de ondas oblicuas en el plano de la pared. La traza de la onda provoca una deformación que se desplaza a una velocidad que es función del ángulo de incidencia y de la velocidad del sonido. b) Son origen de deformaciones independientes de la onda incidente, que se propagan bajo la forma de ondas de flexión en las que la frecuencia es la frecuencia crítica fc de la pared; fc aumenta cuando la rigidez de la pared disminuye e inversamente disminuye para un material con el espesor de la pared y con su masa. Cuando están en fase la onda incidente con las vibraciones de la onda de flexión, la energía que se transmite es máxima, este fenómeno se llama efecto de coincidencia y ocurre para: λ = λ0 sen θ (Ver Fig. 89) donde: λ0: longitud de onda de la frecuencia crítica (onda de flexión) λ: longitud de onda incidente θ: ángulo de incidencia Prácticamente sucede que hay una notable disminución del aislamiento acústico. Estanquidad. El aislamiento acústico se ve disminuído por las rendijas en las carpinterías, las juntas en albañilería y cualquier fuga acústica o puente acústico (similar al térmico). Estas fugas dejan pasar principalmente las frecuencias agudas o sea las mas sensibles al oído. e nd ció ente c e Dir incid da on θ Fig. 89: Efecto de incidencia sobre una pared De esto se desprende la necesidad en las viviendas, de controlar en especial estos puentes que inutilizan el esfuerzo de lograr una aislación adecuada. Cerramientos múltiples. Para lograr un aislamiento suficiente con una pared simple, como hemos visto, debe hacerse sumamente pesada, por ejemplo: Para alcanzar la reducción acústica entre dos departamentos de un edificio de vivienda se exigen 44 dB lo que se lograrían con un muro de HºAº premoldeado de 0.10 m con revoque grueso y salpicado y con 240 kg/m2 que da un índice de reducción Rw = 45 dB s/N. IRAM 4044. En un piso de 2.60 m de alto representan casi 720 Kg/m. Como lo que hemos hecho es aplicar la ley de masa, con mampostería sería lo mismo. Por esto se pensó en otras soluciones correctas pero mas livianas y que no recarguen la estructura. Una solución consiste en fraccionar la pared en dos o mas elementos separados por cámaras de aire. Si dos elementos no tienen ninguna unión entre ellos, a excepción del aire que los separa, el aislamiento total será la suma de los aislamientos parciales; pero esta separación completa no es posible realizarla y los dos elementos quedan mas o menos “acoplados”. Un muro doble bien construído mejora con respecto a la ley de masa unos 6 dB. Pero debe cumplirse que las Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 103 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 104 hojas sean mecánicamente diferentes y separadas no menos de 5 cm con material absorbente: por ejemplo lana de vidrio. Sobre la eficiencia de este acoplamiento influyen: - Separación de los elementos. - Resonancia de las paredes. - Amortiguamiento de la cámara de aire. - Tipo de ligazón entre los elementos. Veamos la influencia de cada uno de ellos: Cámara de aire. En la Fig. 90 se ven dos curvas de dos paredes múltiples, una con dos lunetas de vidrio separadas con espacios variables y la otra una doble de madera. En el primer caso, por su rigidez el espacio no está amortiguado y si las lunetas estuvieran en contacto el aislamiento sería el que indica la ley de masa. Observamos que si se aumenta la separación, hay una pérdida inicial del aislamiento y hasta los 8 cm no se recupera el valor original. Ya para valores mayores la ganancia es sensible. En el segundo caso como la cámara está rellena con capas de fibras minerales la ganancia es inmediata. Frecuencia de resonancia del conjunto. Los elementos de una doble pared, separados por una cámara de aire, se comportan como dos masas unidas por un resorte. Ver Fig. 91. La frecuencia fundamental de resonancia del sistema está dado por: dado por: fo = 615 m1+m2 m1.m2.d donde: d = distancia entre capas en cm. m1 y m2 = masas superficiales en kg/m2. En la práctica se elegirá una frecuencia del sistema inferior a 75 Hz porque el oído tiene una sensibilidad media por debajo de esta frecuencia. Para satisfacerla se debe cumplir con la relación: d > 67 ( 1/m1 + 1/m2) Frecuencia propia de la cámara de aire. En la cámara de aire se producen una serie de resonancias hacia las frecuencias agudas, cuando la longitud de onda de la frecuencia dominante del sonido incidente, Resonancia de las paredes múltiples. Cada elemento del muro tiene su frecuencia de resonancia, si esta es la misma para los dos elementos las vibraciones en uno originarán vibraciones en el otro. De aquí se deduce la ventaja de tener elementos de masa y de naturaleza diferente. Si se añaden elementos adecuados se puede impedir la puesta en fase. 35 dB d d Fig. 91: Equivalencia de una estructura doble 50 dB Madera comprimida de 16 mm 30 40 d Vidrio de 4,2 mm 25 30 20 20 15 0 5 10 cm Fig. 90 a): Aislación de un vidrio doble (de 100 a 3200 Hz) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 0 5 10 15 Madera comprimida de 125 mm fibras minerales Fig. 90 b): Aislación de una doble pared de madera 104 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 105 es igual a la distancia entre las paredes (d) o a un múltiplo entero (n) de esta distancia. Ver Fig. 91 Este acoplamiento se produce generalmente para altas frecuencias y tiene lugar, mediante ondas estacionarias, cuando: d = n. λ cos σ Siendo: n = Número entero (1,2,3...) σ = Ángulo de incidencia λ = Longitud de onda del sonido (cm) d = Distancia entre capas (cm) En el caso de la figura 92 d = n.λ/2 de donde λ = 2d/n con “d” expresado en cm. Sustituyendo l por su valor: 2.d/n = c/f y f = cn/2d = 17000n/d Se ve que una cámara de aire de 10 cm resuena para 1700, 3400, 5100 6800 Hz, etc. Estas resonancias se pueden reducir colocando en la cámara de aire un material absorbente como fibras de madera o tableros, etc. Es también perjudicial que las resonancias se sumen con la onda de flexión de las capas de la pared y para evitar esto es aconsejable usar capas con distintos espesores o de materiales diferentes, como se verá en “soluciones constructivas”. O sea, se aprecia la utilidad de amortiguar las cámaras de aire con un aislante acústico. el contorno de la capa mas liviana. Para concluir veamos la Fig. 93, donde se observa en forma simplificada lo que hemos expuesto. En 93 a): tipos de uniones rígidas a evitar. 93 b) y c): La primera, vibración de la pared de una hoja. Las capas en las paredes de dos hojas deben estar tan acopladas como si no existiera el material amortiguante. Estamos debajo de la frecuencia de resonancia. 93 d): Se está en la frecuencia de resonancia, se produce la oscilación de la segunda hoja y disminuye la acción amortiguadora de la capa aislante. 93 e): Por encima de frecuencia de resonancia las hojas quedan sueltas sobre la capa aislante amortiguadora y la segunda hoja vibra muy poco produciéndose el amortiguamiento buscado. Un buen aislante que se coloque entre dos capas debe entonces: - Hacer improbable la realización de un puente fónico. - Atenuar las consecuencias de las fugas, pérdidas en las juntas, etc. Fig. 93 a) Uniones rígidas a evitar Acoplamiento rígido entre elementos. Toda ligazón rígida entre las capas provoca un puente fónico, entonces el conjunto tiende a asimilarse a una pared simple. Estas paredes múltiples de por sí están ligadas perimetralmente a muros laterales, piso y techo, a los pasos de cañerías, etc. La influencia de estas uniones inevitables es afortunadamente menos sensible, pero no es despreciable. Estos puentes deben ser blandos en paredes pesadas y pesados en paredes ligeras. Es deseable también interponer un material elástico en Fig. 93 b) Fig. 93 c) de una pared de una sola hoja Pared de dos hojas bajo la frecuencia de resonancias d Fig. 93 d) Pared de dos hojas por debajo de la frecuencia de resonancias Fig. 92: Resonancia de una pared doble Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 93 e) Pared de dos hojas por encima de la frecuencia de resonancias Esquemas de ondas transversales 105 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 106 Cálculo del aislamiento de un cerramiento doble El procedimiento simplificado sería: 1. Cálculo del peso por m2 de las dos capas. Siempre se desprecia algún componente (p.e. enlucido) para compensar las pérdidas posibles de aislamiento por defectos de montaje (juntas). 2. En el gráfico de Fig. 88 (ley de masa) para una frecuencia, 500 Hz en general, el aislamiento que corresponde al peso total calculado. 3. Se añadirán 4 dB para los tableros aislantes de 45 mm de espesor. El resultado se expresará en dB. Hay que señalar que será poco diferente del resultado global en dB(A). En la práctica el cálculo es mas complejo ya que no se tienen en cuenta las frecuencias críticas de cada elemento. Sin embargo es rápido y permite una aproximación para un estudio mas completo. EJEMPLO: Aislamiento en un doble cerramiento - Enlucido de yeso: esp. 1.5 cm 15 kg/m2 - Ladrillo hueco: 5 cm 42 kg/m2 - Enlucido de cemento: 2 cm no consid. - Aislante (*): 4.5 cm - Losetas de yeso: 5 cm 52 kg/m2 - Enlucido de yeso: 1.5 cm 1 5 kg/m2 - Peso total: 124 kg/m2 (*): Tablero de fibra mineral. En la Fig. 88 la vertical levantada en la abscisa 124 hasta cortar la curva de frecuencia de 500 Hz se obtiene en ordenadas 41 dB, luego, el aislamiento total 41+4 dB es igual a 45 dB. Aislamiento del sonido transmitido por cuerpos sólidos En el sonido que se transmite por cuerpos sólidos, principalmente se habla de sonidos de impactos que se propagan por la estructura del edificio y llega al oído mediante ondas aéreas. Ln = L - 10 log Ao/A = L - 10 log T/0.5 (dB) Para excitar el suelo en la sala de emisión, se utiliza un martinete normalizado que lleva una serie de martillos que golpean el suelo alternativamente con una energía determinada y a una cierta frecuencia. - Disminución del ruido de pisada (DL): que es la diferencia de los niveles sonoros normalizados (con uso del martinete) de la pisada de un suelo, antes (Lo) y después (Lt) de realizar una mejora, por ejemplo, colocar una moqueta, un piso flotante u otra. Se calcula con la expresión: ∆l = Lo - Lt (dB) Aislamiento a ruido de impactos El caso más importante está dado por los ruidos producidos en los suelos, tales como golpes, pisadas, etc. Para detener la propagación de los ruidos de choques sobre los suelos e impedir la recepción por vía aérea en otras habitaciones distintas de la de emisión, es necesario realizar un “corte elástico” entre el revestimiento del suelo (Contrapiso y piso) y el forjado (losa HºAº). Las soluciones más difundidas son las del suelo flotante y el uso de moquetas. Ver en Fig. 94 la transmisión del ruido y en color un piso flotante que hace el “corte elástico” del que hablamos. Las moquetas tienen el inconveniente principal de no poder colocarse en todos los ambientes y de su rápido desgaste. Los pisos flotantes, piso y contrapiso para nuestra forma constructiva, se colocan sobre mantas o paneles elásticos de fibras minerales. Estas capas deben ser sufi- ,,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, - Suprimir resonancias. - Atenuar particularmente las ondas en incidencia rasante que provoquen el ya visto antes efecto de coincidencia. Se utilizan principalmente dos índices: - Nivel de ruido de impactos normalizado (Ln): Es el más usado. Se define como el nivel acústico normalizado de la sala de recepción y se calcula con la expresión: ,,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, Medidas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 94: Aislamiento a ruido de impactos 106 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 107 cientemente gruesas y flexibles para absorber las vibraciones y ser colocadas a tope, evitando las fugas acústicas. Otra condición importante para su correcto funcionamiento es la necesaria y total desvinculación de las paredes verticales y desde luego de los forjados. Ver Fig. 95. El aislamiento de los suelos según la mayoría de los reglamentos, debe ser tal que el nivel de presión acústica del ruido que se perciba en cada habitación principal no supere los 70 dB(A) (otros fijan 80 dB(A)), durante las caídas, choques o desplazamientos de objetos o de personas que provoquen sobre el suelo impactos. En la tabla III, se muestran algunos revestimientos de suelos ensayados por el Centro Científico y Técnico de la Construcción de Francia (C.S.T.B). La losa tipo a que se hace referencia en la segunda columna es una losa de HºAº de 350 kg./m3, espesor 0.135m. La segunda columna de la Tabla marca el nivel de ruido normalizado (Ln) de impacto que se transmite al recinto inferior. Analizando los valores de la Tabla, se comprueba lo dicho sobre la eficiencia de las moquetas en el aislamiento y por oposición la mala performance que brindan las capas de las losetas plásticas vinílicas sin capa elástica, prácticamente sin aislación acústica. Traemos esto último a colación porque hubo en la década de los setenta una tendencia a la disminución de los espesores de los contrapisos en edificios de departamentos en Buenos Aires y en algunas obras oficiales; completando el entrepiso con baldosas plásticas que cerrando el error constructivo eran de poca resistencia a la abrasión. TABLA III Aislamiento de vibraciones En edificios de vivienda existen máquinas como ascensores, bombas y otras que producen vibraciones molestas para sus ocupantes. Para aislarlas pueden adoptarse dos caminos: a) o se aisla el equipo con una especie de blindaje contra el ruido y losa flotante o b) se aisla el local donde está instalado. El tema grave es cuando no se prevé en el diseño del edificio; la solución posterior es siempre costosa y por lo general no es completa. En las instalaciones deben analizarse todos los detalles acústicos y fuentes sonoras. En la calefacción las calderas, las tuberías, las bombas y calefactores, junto a los conductos de humo y rejillas, son posibles emisores de ruidos. En la instalación sanitaria, las cañerías con sus válvulas y grifos, los artefactos y los golpes de ariete, provocan ondas de choques que se difunden en el edificio. En la instalación eléctrica, los interruptores, los timbres, transformadores y grupos electrógenos producen ruidos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Revestimientos Moqueta corriente sobre arpillera ........................................ Tapiz de terciopelo o implantado ......................................... Tapiz vinílico homogéneo colocado por tensión entre rastreles sobre arpillera de fieltro de 800 g/m2 ................... Losa flotante de 4 cm de hormigón armado sobre 1 cm de fibras minerales..................................................................... Tapiz de caucho con subcapa celular de 4 mm .................. Parquet por tableros flotante sobre 2 cm de serrín impregnado de betún ........................................................... Parquets con rastreles flotantes sobre bandas de fieltro con corcho bituminoso (granos de corcho de 4 mm), o sobre tableros ligeros de 1 cm de espesor de fibras de madera impregnados con brea............................................. Parquet por tableros flotantes sobre tableros ligeros de 1 cm de espesor de fibras de madera impregnadas con brea Losa flotante de 4 cm de hormigón armado sobre granos de corcho encolados sobre fieltro bituminoso (espesor de la subcapa 13 mm) .............................................................. Capa de PVC flexible sobre espuma de PVC de 3,5 mm ... Parquet colocado directamente sobre el suelo o con interposición de arena o paneles ligeros de fibras de madera ................................................................................. Losa flotante de 4 cm de hormigón armado sobre granos de corcho encolados sobre fieltro bituminoso (espesor de la subcapa, 8 mm) ............................................................... Capa vinílica sobre soporte de corcho aglomerado armado con un tejido de yute ........................................................... Capa vinílica aplicada sobre fieltro 700 g/m2 ............................................. Losa flotante de 4 cm de hormigón armado sobre 2 cm de paja de arroz ligada con betún ............................................ Capa vinílica sobre tableros de fibra de madera comprimida de 0,4 cm y paneles ligeros de 2 cm de espesor de fibras de madera ............................................... Capa termoplástica sobre cartón afieltrado 700 g/m2 Tapiz multicapa, capa de plástico o caucho, sobre subcapa celular .................................................................... Parquet a la Inglesa sobre rastreles simplemente apoyados sobre el suelo o fijos en él (por clavado especial o empotrados con yeso o con betún) .................................. Parquet en mosaico, encolado sobre tableros ligeros de 1 cm de espesor de fibras de madera impregnados con brea .............................................................................................. Losetas vinílicas sobre subcapa de 1,5 cm en hormigón de corcho y fibras de madera ............................................... Parquet roble colocado con un baño de betún sobre arena Losa flotante de 4 cm de hormigón armado sobre capa de fibras vegetales de 1 cm....................................................... Parquet en mosaico encolado sobre corcho aglomerado 0,4 cm ................................................................................... Parquet en mosaico encolado sobre capa de hormigón de serrín, espesor de 4 cm, colado directamente sobre la losa Capa de caucho macizo, 4 mm ............................................ Capa vinílica enlucida sobre fieltro 500 g/m2 ....................... Parquet en mosaico encolado .............................................. Linoleum .............................................................................. Capa vinílica sobre soporte textil ......................................... Capa o losetas plásticas sin soporte textil ni subcapa elástica incorporada.............................................................. de choque normalizado Ln sobre losa tipo Ln expresado en dB (A) 40 a 55 54 a 55 52 55 a 60 51 a 60 58 } 60 a 66 62 67 63 a 68 66 70 67 a 75 70 70 70 56 a 72 71 70 a 72 } 71 a 73 74 } 78 76 a 78 80 107 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 108 ,, ,, ,, ,, Pared Revoque Erróneo Erróneo Zócalo Piso Contrapiso Aislante Losa Hº Capa asfáltica Fig. 95 c Erróneo Correcto ,, ,, ,, ,, , , , Pared Revestimiento Masilla plástica suelo de baldosas flotantes Mortero de asiento Pared Revoque Zócalo Piso Contrapiso Contrapiso Erróneo Losa Hº Fig. 95 a: Encuentros con paredes Losa Hº Aislante Fig. 95 d Fig. 95 b de baja y alta frecuencias, pero siempre molestos. También locales como cajas de escaleras y cocheras son muy reverberantes y deben ser tratados acústicamente. Normas IRAM Existe un cuerpo completo de Normas IRAM referente al tema de transmisión, aislación y protección del sonido en edificios. Su consulta es obligada para los diseñadores ya que suministra requisitos y sugerencias para una adecuada solución acústica. De la N. IRAM 4044 transcribimos las Tablas “I” y “II” por su importancia en el diseño acústico. Soluciones constructivas. Cerramientos usuales. En las Figs. 96-97-98-99 y 100 se muestran soluciones de muros exteriores e interiores con la reducción de ruidos aéreos. La Fig. 101 es una típica solución de aislamiento de piso. Capa asfáltica Polestireno expandido s/ cálculo Conclusión Con lo expuesto tratamos de dar un concepto del fenómeno físico del sonido y su relación con el “hábitat”, como factor posible de agresión al mismo. Con nuestra tradición constructiva, basada en mampuestos y hormigón no se ha planteado el comportamiento acústico como un problema de resolución frecuente, aun considerando la mayor ligereza actual de la construcción convencional. Donde creemos que sí existe es en muchos sistemas industrializados por diseños incorrectos y materiales poco aislantes. Efectivamente, hemos visto “tiras” de vivienda con áticos comunes sin muros divisorios. Es decir un ático desde la primera a la última vivienda. Muros de paneles con placas metálicas en ambas caras con mínima reducción acústica y otros parecidos en combinación de materiales. Como recomendaciones que creemos útiles sugerimos: a) Efectuar una comprobación de los cerramientos simples usando la ley de masa. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 108 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 109 Norma IRAM 4044 TABLA I Valores de Rw para distintos tipos de construcción 1-Edificios de departamento para vivienda u oficina Divisorios entre departamentos u oficinas en el mismo edificio Muro divisor o entre departamentos u oficinas con edificios linderos Muros linderos con espacios de uso común (escaleras, ascensores, pasillos y recepción) Muros linderos con cocheras y/o sus accesos Muros o tabiques de división interna 2-Viviendas Unifamiliares Muro divisorio de predio Muros o tabiques internos o privados, no industriales 3-Locales públicos, linderos con viviendas u oficinas Muros o tabiques 4-Hospedaje y salud Muros o tabiques entre “habitaciones que deben ser silenciosas” y “locales ruidosos” 5-Educación Muros o tabiques entre aulas y similares Muros o tabiques entre aulas y pasillos o escaleras Muros o tabiques entre salas de música o entre éstas y aulas TABLA II Ejemplos constructivos TIPOS COMUNMENTE UTILIZADOS Rw (en dB) 44 48 44 48 37 48 37 56 56 44 40 56 Espesor Rw (m) g (dB) (Kg/m2) Ladrillo cerámico hueco de 0,18 m, ambas caras revocadas 0,21 44 220 Ladrillo cerámico hueco de 0,11 m, ambas caras revocadas 0,14 40 160 Ladrillo común de 0,12 m, ambas caras revocadas 0,15 50 260 Ladrillo común de 0,27 m, ambas caras revocadas 0,30 54 500 Hormigón armado premoldeado de 0,10 m con revoque grueso y salpicado 0,12 45 250 Hormigón armado sin juntas 0,12 50 250 Panel de yeso de 0,0125 m, cámara de aire de 0,07 m, panel de yeso de 0,0125 m, y zócalo cerámico, perfiles de chapa de 0,56 mm de espesor y juntas selladas con masilla y papel 0,095 43 30 Panel de yeso de 0,0125 m,cámara de aire de 0,07 m, 0,05 m de fibra de vidrio de 20 Kg/m3, cámara de aire de 0,02 m, 2 placas de yeso de 0,0125 m cada una, zócalo cerámico, perfiles de chapa de 0,56 mm de espesor y juntas selladas 0,095 47 31 2 placas de yeso de 0,0125 m cada una, 0,05 m de fibra de vidrio de 20 Kg/m3, cámara de aire de 0,02 m, 2 placas de yso de 0,0125 m cada una, zócalo cerámico, perfiles de chapa de 0,56 mm de espesor y juntas selladas 0,12 54 61 2 placas de yeso de 0,0125 m cada una, cámara de aire de 0,07 m, 2 placas de yeso de 0,0125 m cada una, zócalo cerámico, perfiles chapa de 0,56 mm de espesor y juntas selladas 0,12 49 60 Nota 1: Para Rw mayores o iguales que 52 dB se recomiendan muros o tabiques simples con una masa superficial mayor de 350 Kg/m2. Nota 2: Para Rw mayores que 55 dB es conveniente recurrir a muros o tabiques compuestos cuyas capas estén desvinculadas convenientemente. Nota 3: Los tabiques de construcción en seco deben ser ejecutados respetando cuidadosamente las especificaciones del fabricante para obtener los valores dados en tabla. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 109 Capítulo 04 24/04/2001 1:02 PM Page 110 EXT Muro de ladrillo común visto 28 cm Lana de vidrio rígido esp.2,5 cm d: 70 Kg/m3 Cámara de aire esp. 2 cm Yeso esp. 12 mm Adhesivo del panel de lana de vidrio Cámara de aire esp. 2 cm Lana de vidrio esp. 2,5 cm Placa de yeso esp. 1 cm Placa de yeso esp. 12 mm Ladrillo hueco ancho 10,8 cm INT Yeso esp. 1 cm Rw = 56 dB A Rw = 48 dB A Fig. 96: Aislamiento de ruido aéreo Fig. 99: Mejora del aislamiento de un muro interior Muro de bloques de hormigón esp. 11,5 cm Muro de hormigón premoldeado esp. 14 cm Cámara de aire esp. 2 cm Cámara de aire esp. 2 cm Adhesivo del panel de lana de vidrio Adhesivo del panel de lana de vidrio Lana de vidrio esp. 2,5 cm d: 70 Lana de vidrio rígido esp. 2,5 cm d: 1,7 Kg/m3 Kg/m3 Placa de yeso esp. 12 mm Placa de yeso esp. 12 mm EXT INT Rw = 57 dB A Rw = 55 dB A Fig. 100: Aislamiento muro de Hº premoldeado Fig. 97: Aislamiento de muro exterior de bloques de Hº ,, ,, ,, ,, Tabique de yeso esp. 7 cm Cámara de aire esp. 2 cm Adhesivo del panel de lana de vidrio Lana de vidrio esp. 2,5 cm Muro de ladrillo esp. 28 cm Baldosa y mortero esp. 4 cm Contrapiso esp. 8 cm Placa de yeso esp. 12 mm Lana de vidrio rígida esp. 2,5 cm Losa de hormigón esp. 14 cm Rw = 48 dB A Fig. 98: Aislamiento de muro interior de yeso b) Aplicar los principios del funcionamiento de las capas múltiples incluida la de aire, como se indicó anteriormente. c) Evitar los puentes fónicos y estudiar con cuidado los encuentros con pisos y techos. d) De ser posible, buscar orientaciones no expuestas directamente a fuentes sonoras importantes, para colocar paredes sin aberturas. e) En la distribución interna de las viviendas deben separarse los ambientes de descanso y estudio de los más ruidosos tales como baños, cocinas, estar, etc.. Escaleras Fig. 101: Mejora del nivel de ruido por impacto: 17 dBA y ascensores no deberían estar adosados a dormitorios. f) Aislar las instalaciones en sus componentes más ruidosos. En pocas palabras: analizar en detalle y en el conjunto la prevención del ruido, y por último para dudas respecto a componentes realizar ensayos de laboratorio que determinen la aislación que se puede esperar. Para los casos corrientes, consideramos que las Normas IRAM son suficientes en cuanto a información del aislamiento se refiere ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 110 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 111 CAPITULO 5 Reglas de durabilidad Introducción E n el análisis de las reglas de calidad de las viviendas, seguridad, habitabilidad y durabilidad, es esta última la más difícil de precisar. Las catedrales góticas fueron proyectadas para durar mucho tiempo. Sin embargo no se podía prever la agresión que la lluvia ácida sobre las grandes ciudades les ocasiona; esta agresión obliga a tareas de conservación, que sus constructores ni siquiera soñaron. Fig. 1. En nuestro estudio sobre las viviendas industrializadas el ejemplo anterior es ilustrativo. Efectivamente: cuando definimos la duración que debe alcanzar una construcción, hay que plantear a la vez el mantenimiento que debe tener para alcanzar ese plazo. No existe una vivienda a la cual no sea necesario mante- Fig. 1: Dos ejemplos históricos: vista de la Catedral de Colonia en Alemania y de un tímpano de una iglesia románica en Francia, que representan una pequeña muestra del elevado costo de mantenimiento causado por la corrosión del medio ambiente ácido de las ciudades europeas, que atacan materiales que eran considerados eternos, como la piedra. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 111 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 112 ner, pero existen las que requieren un gasto bajo y aquellas de muy alto costo de conservación. Se puede entender la durabilidad como una cuestión económica. Para comparar el valor de una construcción con otra se deberá considerar además de su costo inicial, el costo de su mantenimiento para cumplir su vida útil. Las posibilidades de financiación del costo de una vivienda, dependerán de la durabilidad y del costo de mantenimiento de la misma. Ciertamente, no se debe construir una vivienda con un crédito hipotecario a 30 años si la vivienda dura 20 años. O no se puede aspirar que el usuario pague la cuota del crédito si el gasto de conservación de la vivienda resulta más oneroso que la misma. Los cambios sociales afectan el concepto de durabilidad de la vivienda La forma de vida de las personas: sus hábitos o costumbres cambian con el tiempo y no se puede predecir qué funciones se le pedirán a la vivienda dentro de 30 años. Treinta años atrás nadie soñaba con las computadoras en los hogares. Hasta este siglo la vida del hombre en su casa tuvo muy pocos cambios, de igual manera la construcción de su vivienda varió muy poco. No es casual, sino causal, que los cambios en la forma de vida del hombre de este siglo se manifiesten en cambios en su forma de construir y en lo que le exija a su vivienda. La idea que hoy tenemos de mantenimiento: pintura, reemplazo de ciertos elementos como juntas, selladores etc., puede extenderse al costo de funcionamiento de una casa. Si se coloca un sistema de control electrónico de control de calor y calidad del aire en la casa, ¿cuánto se ahorra en energía para tener la casa confortable y el aire sano? pero ¿cuánto cuesta colocarlo en una casa donde hay que canaletear paredes macizas, y que de paso tienen gran inercia térmica? Este tipo de conceptos se puede extender,la idea es mostrar que la durabilidad y el mantenimiento abarcan temas conocidos y temas que solo pueden ser conjeturados, por lo tanto en su tratamiento sólo podemos presuponer y acordar pautas a respetar. La forma de construir tradicional (la mampostería cerámica en nuestro país) tiene construcciones que tienen siglos en pie. Para funcionar actualmente, esos edificios gastaron mucho dinero en acondicionarse. Ese gasto de acondicionar ¿siempre es menor que construir uno nuevo? Es una idea muy difundida la de que una construcción tradicional de mampostería cerámica tiene mayor durabilidad que una, por ejemplo, de un sistema liviano de Fig. 2: Algunos Sistemas industrializados favorecen el tendido y recambio de cañerías. estructura metálica revestida con placas o tableros. Sin embargo en la segunda es ciertamente más barato reemplazar sus instalaciones por otras más modernas y eficientes. Fig. 2. Otros aspectos que no son ni económicos ni tecnológicos. La legislación de cada país al fijar tiempos y alcances de las responsabilidades por los defectos de una obra, de alguna manera está ayudando o perjudicando la preocupación por durabilidad de la misma. La durabilidad que se exige a una vivienda debe ser convenida por las partes y no librada a la buena voluntad del proyectista o constructor. Así como para cumplir las Reglas de Seguridad, contamos con los reglamentos CIRSOC y otros, o como para las reglas de Habitabilidad disponemos de las Normas IRAM, en el caso de la durabilidad deben estipular qué objetivos en cuanto a durabilidad y mantenimiento se espera de la construcción y de cada una de sus partes. Un concepto similar a la “garantía” de los productos de la industria, se deberá imponer en la construcción de viviendas. Necesariamente irá ligado a una “gestión de calidad” en el proyecto y la construcción. Definiciones Las que consideramos más adecuadas, son las que establecen la Norma IRAM 11553. Deterioro de un edificio: Es la disminución, temporaria o permanente del valor físico de los materiales, componentes o instalaciones de un edificio. O sea el grado de destrucción de un edificio o partes de él que permiten medir o apreciar su durabilidad. Vida física de un edificio: Es la duración de un edificio de acuerdo a la vida de los materiales, componentes e instalaciones con que fue construído y a su adecuado mantenimiento. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 112 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 113 Vida económica de un edificio: Es la duración de un edificio en relación con su funcionalidad, adaptación, ubicación y posibilidades de renta. Vida útil de un edificio: Es el menor período de tiempo que debe durar física y económicamente un edificio, y es lo que define la durabilidad. Mantenimiento de un edificio: Es el cuidado que se requiere para que el edificio alcance su vida útil. Y es condición sin la cual no hay durabilidad posible. Expectativa de vida útil (La Norma define Expectancia) de un edificio: Es la vida útil remanente de un edificio, apreciada en un momento dado. Mide también las posibilidades de adaptación. Adaptabilidad de un edificio: Es la posibilidad de adecuar un edificio para prolongar su vida económica, afectada por ejemplo por su entorno, por los cambios tecnológicos, por los cambios de uso, a fin de mantener la rentabilidad prevista. Obsolescencia (La Norma define Obsolencia) de un edificio: Es la pérdida de la vida económica de un edificio, debido a circunstancias ajenas a él. Como ser los cambios sociales, económicos o tecnológicos. Decrepitud de un edificio: Es el estado de un edificio cuando su expectativa de vida útil (expectancia) es cero. Es decir no tiene vida útil remanente. Según la vida útil se clasifica el tipo de edificio en: Permanente: 50 años de vida útil como mínimo. Durable: 30 años de vida útil como mínimo. Semidurable: 20 años de vida útil como mínimo. Semiprovisional: 10 años de vida útil como mínimo. Provisional: menos de 10 años de vida útil. Las definiciones precedentes ayudan a las partes a ponerse de acuerdo en la durabilidad de la vivienda que se pretende y la que se ofrece. ¿Cuánto tiempo debe durar una vivienda permanente? La durabilidad de estos 50 años implica que todas las exigencias humanas (ver capítulo 1) deben ser satisfechas durante ese período,contando la vivienda con el debido mantenimiento y siendo usada normalmente. Estos 50 años pueden parecer pocos si se mira el costo de las viviendas a reconstruir por superar esa edad. Cinco décadas parece excesivo si se considera que las instalaciones comunes, las carpinterías y otras terminaciones costosas raramente superan los 30 años. Estudios citados por G. Blachere, en Francia, indicarían que tratar de reparar viviendas de más de 60 años es tan costoso como volver a construirlas. Con tales consideraciones parece prudente en las actuales circunstancias exigir a las viviendas una duración de medio siglo. Factores que comprometen la durabilidad No profundizaremos sobre todos los posibles factores que atacan la vida útil de una vivienda, pero a manera de guía de control enumeraremos los siguientes: Ocasionados por agentes exteriores a la vivienda El origen del deterioro se encuentra fuera de la vivienda. Podemos agruparlos en: a) Climáticos: Lluvias: su efecto erosivo y aporte de humedad favorecen procesos de corrosión y degradación de los cerramientos. Ver Fig. 3. Vientos: además de las consideraciones estructurales, provocan erosión si se combinan con arena u otros elementos. Fig. 3: Deterioro por agua de lluvia y falta de mantenimiento Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 113 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 114 Sol: Las radiaciones de luz solar afectan los cerramientos, su efecto sobre los plásticos y maderas, así como sobre las pinturas debe ser cuidadosamente contemplado. Variaciones de la Humedad Ambiente: algunos cerramientos son especialmente susceptibles de cambiar de volumen con la humedad,estos movimientos pueden traer consigo deterioros . Agua del terreno: El contacto con agua del terreno, sea por inundación o por ascensión capilar, produce el deterioro en ciertos cerramientos. Heladas: En los materiales porosos, donde se puede acumular humedad, al disminuir las temperaturas por debajo de cero grado el agua cambia su estado. El aumento de volumen del agua congelada provoca la destrucción del material: ver Fig. 4. Lo mismo sucede en las cañerías o tanques de reserva que conducen o contienen líquidos y no están protegidos de las bajas temperaturas. Grandes amplitudes de temperatura: todos los materiales varían su volumen con la temperatura, estas varia- Fig. 6: El mismo sistema de la Fig. 5, pero diseñado para Canadá. Ver el zócalo símil piedra que contempla la acumulación de nieve. Fig. 4: Tejas porosas degradadas por heladas Fig. 5: Sistema constructivo con elementos plásticos en un diseño para La Rioja (Argentina) ciones traspuesto cierto límite se traducen en dilataciones o contracciones incompatibles con el funcionamiento del cerramiento. Gases industriales disueltos en la atmósfera: es el caso de las lluvias ácidas. La proximidad de ciertos procesos industriales son factor de riesgo por sus emanaciones. La nieve: la acumulación de nieve sobre techos, o al lado de muros, puede modificar el funcionamiento de estos cerramientos. En efecto un techo que evacúa correctamente el agua de lluvia, con acumulaciones de nieve actúa como un recipiente que acumula agua. De igual manera las acumulaciones de nieve sobre los muros pueden provocar filtraciones. Ver Figs. 5 y 6. Suelos con sustancias agresivas,niebla salina en zonas marítimas, etc. b) Fuego: La posibilidad de propagación del fuego debe ser contemplada en los cerramientos. En la foto de la fig. 7 se observa el estado en que quedó una vivienda que tenía techo de Tejuelas de madera de Alerce. Ante un incendio forestal, no es difícil imaginar lo que ocurrió. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 114 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 115 Fig. 8: Deterioro de armaduras de viguetas por los cloruros Fig. 7: Vivienda dañada por el fuego en las cercanías de S. C. de Bariloche a comienzos de 1996. c) Biológicos: Ataques de insectos, hongos, roedores, pájaros etc. Debe ser verificado que los materiales dispuestos resistan los ataques antedichos.También se debe evitar que aquéllos encuentren refugio en cavidades de la vivienda. Ocasionados por agentes interiores: Estos agentes provienen de las actividades que se realizan en el interior de la Vivienda. Generación de vapor de agua: Según se vio al analizar la condensación intersticial, el vapor generado en la vivienda puede transformarse en agua en el interior de los cerramientos. Esta humedad puede disminuir la vida útil del muro o techo. Fuentes de Calor: Faltas de previsión pueden ocasionar degradaciones en materiales que no soportan altas temperaturas. Es común observar como se deterioran las aislaciones de muro cuando son afectadas por el calor de estufas o sus ventilaciones. El uso de salamandras y hogares requieren especiales cuidados. Golpes o choques: Los golpes son causa de deterioro en el interior de la vivienda. Es por este motivo que siempre se ensayan los muros al impacto duro y blando en la construcción industrializada. Pérdidas de agua: El efecto de la humedad en los cerramientos tiene también este posible origen. La combinación de ciertos materiales ocasiona deterioros: Corrosión por algún agregado inadecuado o en exceso: Este es el caso de las viguetas a las cuales se le agregó un acelerante de fragüe que provocaba corrosión de las armaduras. En las figuras 8 a 10 se ve el deterioro en Fig. 9: Idem figura 8 Fig. 10: Idem figura 8 las losas de entrepiso causado por la destrucción de la armadura de dichas viguetas. En la foto de la figura 11 se observan los revoques exteriores cuarteados por una reacción producida por el tipo de puzolanas que se utilizó para la elaboración del hormigón. Corrosión por par galvánico: El mecanismo de la pila galvánica, provoca la degrada- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 115 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 116 ción del material que actúa como ánodo. Recordemos que actúa como ánodo el material de menor potencial electroquímico. Ver Tabla I. El aluminio en contacto con el hierro se comportará como ánodo y se degradará. Es lo que ocurre al usar tornillos de hierro sobre perfiles de aluminio. Tabla 1 -Escala de Nernst Potencial Electroquímico Aluminio Zinc Hierro Níquel Estaño Plomo Cobre Mercurio Plata Oro -1,49 V -1,28 V -0,34 V -0,23 V -0,19 V -0,15 V +0,33 V +0,75 V +0,77 V +1,08 V La durabilidad de los materiales de uso más común Hormigones: Es de los que requieren menos mantenimiento. Las precauciones para lograr la durabilidad deseada se encuentran en los reglamentos CIRSOC, además existe una extensa bibliografía. Dentro de las patologías que más han afectado a los sistemas constructivos se encuentran las que producen la corrosión de la armaduras. Ciertamente no han sido las bajas resistencias del hormigón, las que provocan problemas en la construcción industrializada de viviendas, sino algunos agregados que reaccionan corroyendo las armaduras. En las fotos de las figuras 8 a 10 se observa como se han corroído las armaduras de acero. Esto se debió a un agregado, en base a cloruros de calcio, para que el hormigón acelerase su proceso de fragüe. Al iniciarse la corrosión, la armadura se hincha, y estallan los revestimientos y el proceso se acelera hasta acabar con las armaduras. Por lo tanto, con especial cuidado se debe atender todo agregado para mejorar las características del hormigón (ver CIRSOC 201). Los análisis de las puzzolanas que se usaron en el hormigón de las viviendas, hubiera evitado su uso y las consecuencias que su reacción con el cemento provocó: desprendimientos y fisuras. Ver la foto de la figura 11. Fig. 11: Reacción en el hormigón por puzolanas agresivas. Maderas: La madera con el tratamiento adecuado y su correcto mantenimiento puede alcanzar la duración pretendida. Las fallas surgen cuando se utiliza madera sin estacionar y sin ningún tratamiento. Existen publicaciones que tratan ampliamente los procedimientos para preservar la madera. Consideramos que con las técnicas y costos que hoy día tienen los tratamientos para proteger las maderas no tiene sentido no hacerlo. El uso de madera al exterior requiere ciertamente mayor mantenimiento para alcanzar la durabilidad propuesta. Metales: En los metales las patologías observadas han sido principalmente dos: La corrosión por falta de protección y la corrosión de los pares galvánicos. En ciertas ocasiones los descuidos en obra llevan a que se pierda la protección antióxido de los elementos metálicos, estos descuidos terminan en procesos corrosivos. Al usar metales al exterior,errores de diseño de los cerramientos que impiden la limpieza o repintado termina en deterioros. Plásticos: En nuestro País no se ha hecho uso masivo de ellos. La atención debe ser puesta en dos aspectos: a) si son resistentes a las radiaciones solares y b) si mecánicamente se comportan de manera satisfactoria. En ambos casos es ineludible la realización de ensayos. De envejecimiento en el primer caso y de impacto en el segundo. Como en el caso de la madera, el mantenimiento es de suma importancia. Conclusiones La durabilidad comienza por el diseño. Con ciertos diseños se compromete seriamente la duración de cada parte de la vivienda. El proyectista debe tener presente que Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 116 Capítulo 05 24/04/2001 1:06 PM Page 117 Fig. 12 a 15: Conjunto de viviendas con problemas de mantenimiento. La falta de atención pone en peligro la vida de las personas. Las áreas comunes son las más críticas como en los puentes pasillos, donde el grado de deterioro es tan importante que la mejor alternativa sería demolerlos y volver a construirlos. un pequeño fallo o falta de mantenimiento lleve a la reducción de la durabilidad de la vivienda. Además de los conceptos hasta aquí analizados,existe una patología muy común y que ha comprometido la durabilidad de muchos proyectos impecables desde el punto de vista técnico. El sector social al que va destinado el producto vivienda. Efectivamente hay diseños de viviendas que requieren mantenimiento constante que muchas veces no está al alcance de los ocupantes. Ya sea por razones económicas o culturales se encuentran viviendas como las de la foto de la figura 3 donde la madera exterior no es mantenida. Muchas veces estos fenómenos se potencian en conjuntos multifamiliares, donde las servicios comunes son desatendidos y los problemas de mantenimiento no son atendidos hasta que es demasiado tarde. En las fotos de las figuras 12 a 15, se observa un barrio en el gran Buenos Aires donde los pasillos-puentes que comunican las unidades habitacionales no tuvieron el mínimo mantenimiento y cuando se desea reparar el costo de la compostura hace dudar de la conveniencia de hacerlo o construirlo nuevamente. El deterioro de estos conjuntos a veces afecta a sus ocupantes. Al no cuidarse el conjunto de viviendas los habitantes que económicamente pueden hacerlo abandonan el lugar y ese lugar es ocupado por grupos de menores recursos aún. En definitiva las posibilidades de mantenimiento desaparecen. En Inglaterra en la década del 80 se han demolido varios de estos conjuntos que habían sido abandonados por sus ocupantes originales y se habían convertido en lugares que favorecían las conductas antisociales. El hacinamiento y la despersonalización son factores que afectan la durabilidad de las viviendas ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 117 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 119 CAPITULO 6 Sistemas constructivos de grandes paneles Introducción L a utilización de elementos planos de grandes dimensiones que funcionan como muros o como losas de entrepiso en los edificios, no es reciente. Al contrario, los primeros ensayos de industrialización, como los de Thomas Alva Edison, a comienzos de siglo, estuvieron asociados a los grandes paneles. Excepción hecha de los sistemas tridimensionales, los de grandes paneles son los sistemas constructivos de mayor grado de industrialización y de menor tiempo de montaje en obra. Estas dos características son las que los hacen sumamente competitivos en la construcción masiva de viviendas. La gran inversión en instalaciones para el moldeo de los paneles, el equipo de vehículos para su transporte y grúas para el montaje puede ser amortizada rápidamen- Fig. 1: Conjunto de viviendas con grandes paneles. Sistema Supercemento. Pcia. de Santa Fe, Argentina te con grandes producciones (Fig. 1). En la foto se observa el montaje de un conjunto de viviendas, donde el uso repetido de los mismos tipos de paneles para los muros y losas, acelera la amortización de los moldes, y donde la proximidad entre los edificios optimiza el empleo de los equipos pesados de montaje que no deben recorrer distancias importantes. La máquina fundamental en las fábricas de grandes paneles es el molde. Este ingenio, uno de los más antiguos conocidos, sustituye la habilidad del artesano para obtener superficies planas. El molde fabricará siempre la misma pared, días de lluvia, de heladas o de sol ardiente. Las viviendas construidas con sistemas constructivos en base a grandes paneles son, por el tipo de materiales que emplean, muy similares a las construidas con siste- Fig. 2: Vivienda unifamiliar en Nequén. Sistema Fattorello, Argentina Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 119 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 120 mas tradicionales. (Fig. 2) En efecto, en nuestro país donde culturalmente la vivienda se asocia a paredes macizas, los muros de grandes paneles son aceptados. El uso de este tipo de sistemas no tiene limitación geográfica. En la Fig. 3 a), se observa un conjunto de viviendas en la provincia de Tierra del Fuego construido con el sistema de grandes paneles de hormigón, el mismo sistema, con otro diseño, se ve en la Fig. 3 b) en un barrio en la provincia del Chaco. La aislación térmica se coloca en el interior de los muros exteriores y con sólo variar su espesor se logra adecuar el muro a la zona bioclimática en cuestión. Debe verificarse que se cumplan las Reglas de Calidad: Seguridad, Habitabilidad y Durabilidad analizadas en los capítulos anteriores y que varían para cada zona. El techo en la zona del Chaco se resolvió con losas de hormigón y tejas españolas. En el caso de las viviendas de Río Grande, provincia de Tierra del Fuego, se optó por una cubierta de chapa. Se debe recordar que es una zona sísmica y cualquier reducción en el peso de los componentes contribuye a disminuir la carga de sismo. Si bien la ecuación económica es óptima para la construcción de grandes conjuntos de viviendas, en los últi- mos años operan fábricas de grandes paneles que abastecen el mercado de viviendas individuales aisladas. A menudo proveen la cáscara de la vivienda que luego será revestida a elección del propietario. Ver Fig. 4 a) y b). En las fotografías se observa cómo el mismo modelo de casa, en un caso se reviste con tejuelas adquiriendo el aspecto de ladrillo visto y en el otro se deja liso el muro de frente. En el caso de viviendas individuales las cualidades de los grandes paneles estarán dadas por su solidez, su gran aislación con poco espesor y su rápida ejecución. Las ventajas económicas del uso de grandes paneles se pierden al aumentar el número de paneles distintos para construir la vivienda. El flete es una barrera para competir en lugares alejados de los centros de producción. Erróneamente se asocia a los grandes paneles con proyectos poco flexibles y sin valores estéticos en los que circunstancialmente se los ha empleado. Las fotografías de las Figs. 5 a), b) c) y d) nos muestran ejemplos de lo contrario. Los grandes paneles son una forma de construir, si el proyecto de arquitectura es malo, no empeorará por usar los grandes paneles. Fig. 3a: Conjunto de viviendas en Tierra del Fuego. Sistema Supercemento, Argentina Fig. 4a: Vivienda unifamiliar con revestimiento símil ladrillo visto en Neuquén. Sistema Fattorello, Argentina Fig. 3b: Conjunto de viviendas en el Chaco. Sistema Supercemento, Argentina Fig. 4b: Vivienda idem anterior sin revestir, en Neuquén. Sistema Fattorello, Argentina Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 120 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 121 Fig. 5a: Edificio de viviendas construido con grandes paneles en Milán. Sistema S.A.C.I.E., Italia. Fig. 5d: Viviendas apareadas. Sistema Tracoba, Francia Funcionamiento estructural Los sistemas en base a grandes paneles se pueden clasificar según su función estructural en el edificio. Los paneles pueden ser portantes o no portantes según tengan o no capacidad de tomar carga por compresión. Así se clasifica en dos formas estructurales a los sistemas que estamos analizando: - Cuando los paneles son no portantes, la estructura debe resolverse con: 1. Sistema de esqueleto: columnas y vigas y losas componen la estructura resistente, los paneles son sólo cerramientos. - Cuando los paneles son portantes, la estructura se resuelve con: 2. Sistema de paneles portantes: Fig. 5b: Conjunto de 76 viviendas para Ente Nacional de Yaciretá. Sistema Supercemento, Argentina. Fig. 5c: Vista desde las galerías exteriores, del conjunto descripto en la fig. 5b. Sistema de esqueleto Esta solución estructural es la que se emplea en los edificios de grandes luces, dimensiones o espacios libres (Ver Fig. 6): Los paneles servirán como cerramiento. Las cargas gravitatorias pasan de las losas y muros a las vigas premoldeadas, las que a su vez descargan en las columnas también premoldeadas que apoyan en las fundaciones. La adopción de los sistemas de esqueleto, agrega entonces la fabricación de vigas y columnas, con su consiguiente montaje y ejecución de uniones. Los sistemas de esqueletos no tienen por qué ser exclusivamente como el descripto. Se pueden mezclar con otros elementos portantes como los paneles de fachada, según se ve en la Fig. 7. En este caso se aprovecha el panel de fachada para reemplazar la función de las vigas del frente. Los muros exteriores se pueden resolver con cualquier tipo de cerramiento, desde muros cortina, a mampostería tradicional. Obviamente por este camino nos alejamos del uso de grandes paneles. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 121 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 122 Fig. 6: Sistema de esqueleto, donde columnas y vigas prefabricadas son la estructura resistente Fig. 8: Edificio con estructura de esqueleto donde losas, columnas y vigas son prefabricadas. Sistema Fattorello. Neuquén, Pcia. de Neuquén Fig. 7: Esquema de esqueleto resistente mixto, a base de columnas, vigas y fachadas portantes prefabricadas En la foto de la Fig. 8 se observa un edificio de 5 plantas construido en la Ciudad de Neuquén en el año 1992 donde losas, vigas y columnas son prefabricadas. Los muros se resolvieron con mampostería tradicional. Se puede resolver la estructura eliminando las vigas como se observa en la Fig. 9. Allí la columna soporta directamente la descarga de las losas, y los paneles de fachada son portantes. En estos casos se deberá contemplar un capitel de apoyo para las losas de piso. Existe una solución usando el principio de esqueletos, pero donde las vigas y columnas se premoldean formando un solo elemento: el pórtico. La unión de dos columnas por medio de una viga desde el momento de su moldeo es un camino de transición hacia los paneles portantes. En efecto si aumentamos la altura de la viga y el ancho de las columnas, en el límite tendremos un panel portante con una abertura. Los pórticos pueden presentar distintas conformaciones: ver Fig. 10. En el primer caso tanto vigas como columnas son macizas y del mismo espesor, al cubrir luces importantes el peso de este pórtico puede ser un inconveniente para el montaje, ya que obliga al uso de grúas de mayor porte. La Fig. 11 muestra cómo se puede aligerar el peso ahuecando la viga. La razón para ahuecar la viga y no disminuir su ancho está basada en que para el moldeo de la pieza, es mucho más sencillo que la columna y la viga se encuentren a filo en ambas caras del pórtico. Otra forma de disminuir el peso del pórtico es separarlo en dos partes: una la cruz donde están los nudos y la otra parte es la viga, ver Fig. 12. El detalle que define un sistema de esqueleto es la unión entre vigas y columnas, más adelante al tratar uniones veremos algunas soluciones. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 122 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 123 a) Los elementos portantes en fachada son columnas Fig. 11: Esquema de estructura de esqueleto con pórticos alivianados. b) Los elementos portantes en fachada son los grandes paneles Fig. 9: Esquema de estructura con esqueleto resistente sin vigas Fig. 12: Esquema de estructura de esqueleto con pórticos de dos elementos Fig. 10: Esquema de estructura con pórticos Sistema de paneles portantes El sistema se resuelve sólo con paneles y losas. Se evitan así tanto la vigas como columnas y sus correspondientes uniones. Su limitación es el peso de los elemen- tos necesarios para cubrir grandes luces. Su empleo ofrece la mayor economía para edificios de vivienda u oficinas. El uso de estructuras de paneles portantes simplifica el montaje y le confiere gran velocidad al disminuir la cantidad de piezas a colocar. Los sistemas estructurales basados en los paneles portantes, se clasifican según cuáles sean sus muros portantes en (ver Fig. 13): a: Longitudinales o fachadas portantes b: Transversales c: Cruzados: combinación de los anteriores. La solución de las fachadas portantes a), ofrece como ventaja la posibilidad de ambientes principales como salas de estar o dormitorios con dimensiones importantes Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 123 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 124 paneles portantes a) Paneles portantes longitudunales o fachadas portantes Como es natural la elección de uno u otro sistema, dependerá de la planta de arquitectura que se quiera resolver. Si el frente del edificio lleva balcones lo más práctico es usar el sistema a). Si estos balcones pueden tener sus costados cerrados, se puede pensar en el sistema b). El sistema estructural de paneles portantes cruzados c): ofrece a las losas de entrepisos mayor cantidad de apoyos, con lo cual se disminuyen los espesores de las mismas y por lo tanto su peso. En pequeños ambientes resulta económico este tipo de losa cruzada que apoya en sus cuatro bordes, al aumentar las dimensiones, se requiere una losa de mayor tamaño, lo que implica moldes de grandes dimensiones y costosos. Ciertamente el molde para una pieza de gran superficie requiere refuerzos especiales para evitar alabeos o deformaciones importantes que luego impidan el correcto apoyo. Las losas de entrepiso para cubrir grandes luces en general son unidireccionales, es decir apoyan en dos extremos, por lo cual son innecesarios los otros dos apoyos. Estabilidad Espacial b) Paneles portantes transversales c) Paneles portantes cruzados paneles portantes paneles portantes Fig. 13: Sistemas estructurales de paneles portantes al no tener necesidad de ajustarse al módulo o distancia entre paneles transversales, como ocurre en sistema b). Además en el caso de las fachadas portantes se aprovecha un panel exterior que de por sí debe ser de un espesor importante por la aislación acústica y térmica, para hacerlo portante. El uso de paneles portantes transversales b) tiene a su favor que las fachadas se resolverán sin tener que ejecutar una unión portante con la losa. Esto en ciertos sistemas otorga una gran libertad para resolver los frentes. Elegido o determinado según el punto anterior la forma de funcionamiento estructural para las cargas verticales (peso propio y sobrecarga), resta definir la forma en que se tomarán las fuerzas horizontales como viento o sismo. Se deben disponer elementos estructurales de tal manera que impidan las excesivas deformaciones laterales así como también los desplazamientos por torsión. Partimos de lo analizado en el Capítulo 3 sobre Requisitos de Seguridad, donde se planteó el recorrido de las cargas horizontales y particularizando para el caso de los grandes paneles usaremos el esquema de la figura 14. Tomemos en principio el funcionamiento estructural para las acciones del viento. En el primer gráfico se observa como el viento incide sobre los paneles exteriores. Los muros exteriores de grandes paneles no tendrán mayores inconvenientes en tomar la presión o succión del viento que actúa perpendicularmente a su plano. Este muro necesita descargar esa fuerza del viento, y los elementos sobre los cuales lo hace son los diafragmas horizontales, o sea las losas de entrepiso. Para que esa descarga se realice debe existir una unión que transmita la fuerza perpendicular al muro al elemento losa en su plano (unión A). Se verán después, las diferentes formas de ejecutar esa unión. Una vez que la carga horizontal llegó a la losa de entrepiso o de techo, se debe comprobar si realmente constituye un diafragma. En efecto el hecho de que un entrepiso funcione adecuadamente ante las cargas verticales, como son las de peso propio y sobrecargas de uso, Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 124 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 125 Diafragma horizontal Losas de entrepiso Panel de fachada Tr a D cc ión B D A Co C mp res ión Paneles de Arriostramiento vertical VIENTO E Losa Fachada Unión A El viento incide sobre el panel de fachada, y éste descarga sobre los diafragmas horizontales. Unión B Unión C El diafragma horizontal se comporta como una viga armada. Sus elementos deben pasar el corte y tener cordones de compresión y tracción. Unión D Unión E Los arrostramientos verticales reciben la descarga del diafragma y la conducen al nivel inferior o a la fundación. Fig. 14: Comportamiento de grandes paneles con fuerzas horizontales no implica que sea un diafragma. Para que un conjunto de paneles de entrepiso colocados unos a la par de otros, como los que se ven en la fig. 14, se comporten como viga horizontal o diafragma, deben estar unidos entre sí y confinados por un encadenado perimetral. Las uniones entonces que tendrán que tener los paneles de losa o forjado serán las B y C. En la fig. 14, se aprecian los esfuerzos que deben transmitir las uniones de los paneles de losas. La unión del tipo B es la que transmite el corte, es decir la que impide el resbalamiento entre dos paneles contiguos. La unión tipo C será la que da continuidad a las armaduras que se dispongan para cumplir la función de encadenado, esta armadura puede formar parte de la losa del muro o ser agregada para conformar la unión. Por lo tanto para que se materialice el diafragma o viga horizontal deben existir estas uniones y verificar que soportan los esfuerzos a las que están sometidas. Los entrepisos que cubren grandes superficies deben ser especialmente analizados, pues cuanto mayor es la luz que cubren estas vigas horizontales, están sometidas a mayores esfuerzos. Los huecos de cajas de ascensores, escaleras e instalaciones son puntos a los que se debe prestar atención, por la dispersión y concentración de tensiones que allí se producen. Lo mismo ocurre con las plantas no rectangulares. Finalmente, como se ve en la fig. 14, la carga horizontal ha sido conducida de los muros a las losas, éstas actúan como viga horizontal descargando sobre los arriostramientos verticales. Para que ello ocurra debe existir la unión D. Esta unión entre la losa y el arriostramiento impedirá el deslizamiento del diafragma horizontal y pasará por corte la fuerza que actúa en el plano de la primera, al plano del segundo. Como es lógico el arriostramiento debe tener continuidad en su plano, al pasar de un nivel o piso a otro y hasta llegar a las fundaciones. Esto se consigue con uniones del tipo E que se verán mas adelante. En el camino de las cargas que acabamos de recorrer nos hemos referido a los muros y losas, usando en ellos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 125 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 126 indistintamente el término de paneles. En el caso de los arriostramientos, no lo hemos hecho, debido a que no siempre en los sistemas se hace uso de ellos para arriostrar el edificio. Tipos de Arriostramiento Los sistemas de arriostramiento para los edificios pueden ser planos o tridimensionales. La práctica constructiva lleva a combinarlos en un mismo proyecto, pero por cuestiones didácticas se los trata por separado. Arriostramientos Verticales Planos Los planos serán tabiques o pórticos, que a su vez podrán ser premoldeados usando grandes paneles o ejecutados con hormigón “in situ”. Son dos los puntos que definen el accionar de estos elementos: 1. Su posición en la planta: Vemos en la fig. 15 su ubicación sobre el perímetro de la planta. En la fig. 16 se observa la ubicación de los planos resistentes en el interior de la planta. Estos dos ejemplos muestran las posibilidades extremas, normalmente se acude a soluciones intermedias. La primera alternativa, tiene a su favor que los planos de rigidez se encuentran separados y con un gran brazo de palanca para tomar momentos torsores por las diferencias entre el centro de rigidez de la estructura y la dirección de la resultante de fuerzas horizontales. Es interesante el análisis del ejemplo de la fig. 17. Sobre una planta rectangular de ancho “l” incide una fuerza horizontal “H”, en el gráfico “a” se colocaron los arriostramientos en los bordes. No habrá momento torsor y cada arriostramiento tomará la mitad de H. En la misma fig. 17 pero en los gráficos “b” y “c” se ha corrido uno de los arriostramientos hacia el interior de la planta. El centro de rigidez de la estructura se va alejando de la recta de acción de H y esto genera momentos torsores. Además los arriostramientos ya no toman la misma carga, en el caso “c”, el arriostramiento inferior toma dos veces la carga horizontal H. Demás está decir que esto significa aumentos de costos. La segunda alternativa, la de colocar arriostramientos interiores, ver fig. 16, tiene a su favor el hecho de que los muros interiores son macizos, es decir no tienen necesidad de una capa aislante. Además es más fácil disponer de muros ciegos en el interior del edificio. 2. La forma de los elementos planos: El de mayor eficiencia es el muro ciego, “a”, que brinda rigidez y gran sección para el corte. Ver fig. 18. Su condicionante es el hecho de limitar la arquitectura. Para Fig. 15: Esquema de arriostramientos planos sobre el perímetro Fig. 16: Esquema de arriostramientos planos en el interior de la planta poder colocar vanos o aberturas se utilizan los paneles del tipo “b” donde el comportamiento del panel es el de un pórtico y por esto más deformable. Cuando el vano alcanza prácticamente la altura del piso se tiene el esquema “c”, de pequeñas ménsulas unidas por bielas. Arriostramientos Verticales Tridimensionales Tridimensionales serán por ejemplo los núcleos de escaleras y ascensores. Como en el caso anterior se podrá contar con un núcleo premoldeado, o como es más frecuente con núcleos hormigonados en el lugar de la obra. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 126 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 127 Arriostramientos R=H/2 R=H R=0 l/4 l/2 l l/4 Ctro. de Rigidez H H l/2 l/2 C.R. R=H l/4 l/2 R=2H l/2 c) b) Mto. torsor = 0 3l/8 H R=H/2 a) C.R. Mto. torsor = H x l/4 Mto. torsor = H x 3l/8 Fig. 17: Variación de las reacciones en los Arriostramientos Horizontales según su ubicación en la planta de estructuras a) b) c) 3er.piso 2do.piso 1er.piso Pta.baja Paneles ciegos Paneles con aberturas que se comportan como pórticos Paneles pequeños vinculados con bielas Fig. 18: Tipologías de los arriostramientos planos en grandes paneles. El disponer de una sección tipo tubo como la que se ve en las figs. 19 a y 19 b, aporta mayor eficiencia a la estructura. Y por otra parte da más libertad para trabajar en la arquitectura de las plantas. La construcción de estos núcleos hormigonados en el lugar y utilizando encofrados deslizantes u otros similares, permite una gran velocidad y precisión. Es en los edificios de gran altura, una práctica común. Sin embargo el uso de núcleos conformados por módulos de hormigón premoldeado que se van superponiendo, ha sido empleado con éxito en edificios importantes. El hormigonado “in situ” de los arriostramientos a priori aparece como alejado de los principios de industrialización hasta aquí desarrollados, ya que se esta trabajando expuesto a las variaciones climáticas, con un proceso de fraguado sin la calidad del de fábrica etc., etc. Esto es cierto, pero se deben considerar las dos ventajas que se obtienen: 1. Por un lado se eliminan las uniones de piso a piso (las del tipo E de la fig. 14), que en el caso de elementos tan exigidos como los arriostramientos son siempre de magnitud. 2. Para el montaje del resto del edificio con grandes paneles la tarea se simplifica al contar con un núcleo de apoyo y se facilitan las tareas de replanteo. No existe una regla para elegir la forma de realizar los arriostramientos, las particularidades de la planta, la altura del edificio y su ubicación presentan demasiadas variables para sistematizar un principio. La modulación y la coordinación dimensional siempre facilitan y determinan los sistemas de arriostramiento. En el caso de los arriostramientos planos con elementos premoldeados, su uso es común en edificios de baja altura. Para edificios de gran altura,o de grandes luces, donde los esfuerzos sobre los arriostramientos son muy importantes, es frecuente el hormigonado “in situ” para poder tener libertad en los espesores y armaduras, y no tener las uniones del tipo E (Fig. 14). Como en tantos otros aspectos de la construcción, la adopción de un sistema de arriostramiento modulado y regular será a la larga lo más económico y conveniente. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 127 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 128 Fig. 19 a : Arriostramiento en base a varios núcleos Fig. 19 b : Núcleo central de arriostramiento Componentes de Sistemas en base a Grandes Paneles Son los que figuran en el Cuadro de la figura 20. Pueden formar parte de un sistema completo o ser usados, como es el caso de algunas losas o paneles, en colaboración con métodos tradicionales. El cuadro muestra las posibilidades de cada componente y no se deben excluir las combinaciones. Paneles para muros (Muros Exteriores) Los paneles exteriores deben asegurarle a la vivienda las condiciones de habilitabilidad que se trataron en el capítulo 4. Estos muros deberán cumplir con una aislación mínima, por lo tanto el valor K de ese muro deberá ser menor que el K máximo admisible para esa Zona. El muro no deberá condensar ni superficial ni intersticialmente para las condiciones de invierno. Deberá proveer aislación hidrófuga ante el agua de lluvia y ser barrera de aire. Los paneles, por los materiales y por su forma de elaboración, no presentan usualmente problemas de infiltración. Los inconvenientes, cuando se presentan, lo suelen hacer en las juntas. Por su ubicación estos paneles estarán expuestos a las agresiones atmosféricas: radiación solar, cambios de temperatura, lluvias, etc. A las exigencias descriptas de habitabilidad y durabilidad; en los casos donde el muro es portante, debemos verificar su resistencia a las acciones de las cargas gravitatorias, sobrecargas y horizontales de viento y sismo. El peso y el espesor son fuertes condicionantes en los sistemas de grandes paneles. En este punto, las costumbres constructivas y el equipamiento con que cuentan los países definen el peso medio de los paneles. Efectivamente, en Europa es frecuente el uso de paneles de 8 toneladas. En nuestro país no es común que los paneles superen las 5 toneladas. La altura es la que corresponde a las alturas libres de los ambientes y oscila entre 2.80 y 3.5 metros. El largo común va desde los 2.50 a los 7.50 m. El espesor mínimo con el que se ha construido en la Argentina es de 8 cm, dentro del conjunto de sistemas que cuentan con Certificado de Aptitud Técnica (C.A.T.) de la Subsecretaría de Vivienda de la Nación. Un espesor para viviendas medias en la Argentina debería ser de 13 cm, dependiendo de la zona bioclimática. En Europa los espesores medios son de 20 cm. La diferencia tiene diversos orígenes: • La disponibilidad de grúas es un condicionante en muchas zonas de nuestro país. • En la Argentina se ha construido en baja altura, rara vez superando los 3 pisos altos, por lo tanto los paneles portantes no se encuentran muy cargados. Luego no es necesario un mayor espesor para soportar la carga. • El clima europeo es más riguroso que el de nuestros principales centros poblados, por lo tanto las fallas de aislación y errores en los detalles de juntas se manifiestan más rápidamente, esto conduce a los europeos a ser más cuidadosos en estos aspectos. Por otra parte su legislación en cuanto a ahorro de energía es estricta y verificado su cumplimiento. A continuación se describen las distintas posibilidades de uso de materiales para los paneles exteriores según el cuadro de la fig. 20: 1. Paneles multicapas (o paneles sandwich) Con esta denominación nos referiremos a aquellos paneles conformados con distintos materiales dispuestos en capas. Normalmente existe una capa resistente o portan- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 128 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 129 Fig. 20. Cuadro de componentes de sistemas en base a Grandes Paneles Multicapa (sandwich) Muros exteriores Mixtos (hormigón y cerámica) Homogéneos Paneles para muros Capa exterior Capa aislante Capa interior Hormigones con agregados livianos Hormigones aireados Muros interiores Separadores de viviendas distintas Separadores de ambientes dentro de la misma vivienda Tabiques sanitarios Hormigón común Macizas Hormigón liviano De hormigones liviano Con huecos De hormigón y cerámica Completas Paneles para losas Alivianadas Con rellenos livianos Prelosas Se termina en obra la capa de compresión tructural lleva la armadura principal del panel. Esta capa será sometida a la compresión de las cargas verticales y al corte, si funciona como arriostramiento. Esta capa deberá tener una terminación adecuada en el interior de la vivienda. Capa aislante Capa exterior o de protección Capa aislante: Armadura capa exterior EXTERIOR INTERIOR Capa portante Armadura portante Fig. 21: Corte esquemático de un panel multicapa te que se coloca hacia el interior de la vivienda. Inmediatamente se dispone una capa de aislación y como protección de ésta, una capa exterior. Ver fig. 21. Este tipo de paneles es el que más se ha empleado en nuestro país, donde en la capa exterior e interior se emplea hormigón convencional y una capa de poliestireno expandido como núcleo aislante. Capa interior portante: Es la de mayor espesor y la que por tener función es- Debe ser de un material con alta resistencia al paso del calor pero con cierta rigidez para resistir las presiones de la fabricación y permanecer inalterable ante la acción de los ingredientes del hormigón. En nuestro país el aislante que más se ha empleado ha sido el poliestireno expandido, en espesores que normalmente van desde los 2 a los 5 cm. Capa exterior o de protección: Es la capa que está expuesta a grandes variaciones de temperaturas y radiaciones solares. El hecho de encontrarse por delante de la aislación térmica provoca recalentamientos. El material más usado para la capa exterior ha sido el hormigón, sin embargo existen variantes. La capa exterior debe ser lo suficientemente resistente para soportar los posibles golpes, y adecuarse a las variaciones de temperatura. Espesores El espesor del muro dependerá de (ver figura 22): Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 129 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 130 Paneles de rigidización transversal l l h e h Carga horizontal l Temperatura exterior Interior Interior Exterior Carga vertical e e l = largo del panel h = altura del panel e = espesor del panel Exterior Fig. 22: Factores que influyen en el espesor del muro a) su carga b) su altura c) cada cuanto esté rigidizado por muros transversales d) las necesidades de habitabilidad (aislación térmica y acústica) e) su constructibilidad (posibilidades de fabricación y montaje) Para paneles de hormigón normal la reglamentación Europea da los siguientes parámetros para determinar los espesores mínimos. Ver cuadro de la fig. 23. Tipos de hormigón Resistencia a la compresión (en kg/cm2) Rigidización transversal (*) Espesor mínimo (en cm) Hormigón Liviano 150 150 no si 20 15 Hormigón Liviano 200 200 no si 18 12 Hormigón Común 200 200 250 no si si 15 10 8 (*): Por rigidización transversal se entiende que ambos extremos verticales del panel se encuentran vinculados estructuralmente a paneles transversales Fig. 23: Espesores mínimos del muro o capa portante para ser considerados estructuralmente (Práctica Europea) Es en este punto donde la experiencia argentina se aleja de la europea. En la Argentina se ha construido gran cantidad de viviendas con sistemas que emplearon el panel 4-2-4, es decir una capa interior de 4 cm de hor- Aislación térmca Fig. 24: Esquema de armadura de la cara portante migón común, una capa de poliestireno expandido de 2 cm y finalmente la capa exterior de 4 cm de hormigón común. El empleo de estos paneles en viviendas de Planta Baja soportando la carga de techo, de losas de hormigón, ha sido satisfactorio en zonas templadas. En zonas frías se han detectado puentes térmicos en la zona de juntas. Armaduras: Las armaduras de los paneles multicapas se pueden dividir según su posición y función en: a) Armaduras resistentes de capa portante: El panel portante será tratado como un tabique de hormigón a los efectos de determinar su armadura mínima, de corte o compresión. Necesariamente entonces contará con armadura vertical y horizontal. Cuando las cargas son pequeñas y en Planta Baja, hasta el hormigón simple, según la norma DIN 1045, puede satisfacer los requerimientos estructurales. Ver fig. 24. b) Armadura de capa exterior o de fisuración Esta armadura no tiene fines estructurales, su función es evitar la fisuración por las variaciones de temperaturas, por lo tanto cuanto más densa sea la trama de la malla, menor será la probabilidad de fisuras. Como mínimo se debe disponer una malla cuadrada de hierros de 4.2 mm cada 15 cm. Ver fig. 25. c) Armadura perimetral: Es ésta una armadura que confina el panel y contribuyen a disminuir las fisuras de contracción. Consiste en dos hierros que rodean al panel y están vinculados por ganchos transversales. Ver fig. 26. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 130 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 131 s = 1,5 e l h Malla (diám. entre 3 y 6 mm) Interior Exterior s e Aislación térmica Fig. 25: Esquema de armadura de la cara exterior o de fisuración tipo 1 la estribos fe mín. ø6 c/1,5 e gancho de montaje h Gancho en acero fe ø 8 c/ 40 cm tipo 2 Refuerzo de ventana fe ø 6 - 50 cm Af ≥ 1,0 cm2 - 50 cm Ganchos de muro tipo 1 l Af=armadura longitudinal Gancho en acero fe ø 4,2 e Fig. 26: Esquema de armadura perimetral Ganchos de muro tipo 2 d) Armadura de vinculación (ganchos) Es la armadura que sirve para unir la capa exterior a la capa portante. La práctica corriente es emplear ganchos que pueden tener distintas formas (ver fig. 27), que unen a las armaduras de ambas capas. En el cálculo no se considera esta colaboración para aumentar la resistencia del panel, sin embargo los ensayos prácticados han mostrado que tal contribución existe. Se debe contemplar la posible corrosión de estos ganchos. Al atravesar por la capa aislante dejan de estar protegidos por el recubrimiento de hormigón, siendo entonces posible su corrosión, si se dan las circunstancias desfavorables como ser la aparición de agua de condensación o fisuras en la capa exterior. Cuando la in- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Gancho en acero fe ø 8 90 60 fe ø 8 Capa portante Capa aislante Capa exterior Gancho fe ø 8 90 60 variante A variante B Fig. 27: Detalle de uniones entre las capas de paneles sandwich 131 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 132 tegridad del muro no está afectada por la posible corrosión de los ganchos, es decir cuando existe una vinculación de hormigón entre ambas capas, por ejemplo perimetral y se trata de edificios en planta baja, es tolerable el uso de hierro sin protección, de lo contrario y muy especialmente en los edificios altos, es ineludible evitar todo tipo de corrosión en estos ganchos. Para protegerlos existen diversos materiales entre ellos las pinturas epoxi y cincados que se han empleado en el país con éxito. En Europa algunos sistemas han recurrido al acero inoxidable. La distribución de estos elementos de unión debe ser tal que no deben estar a más de 50 cm uno de otro. e) Armadura de refuerzo de vanos: Todo vano en el panel debe ser enmarcado con armadura, en ambas caras y cosida la posible fisuración con armadura. Esta barras de acero actúan como armadura de las vigas de dinteles en la parte superior del vano, y así deben ser calculadas. Otro tanto ocurre en las columnas que se forman con las aberturas de las puertas. Ver figs. 28, 29 y 30 a. f) Armadura de la Unión: Para ejecutar la unión, que es estructural, entre un panel y otro se dispondrá una armadura que permitirá la mínimo estribo fe ø4,2 c/10 cm mínimo 4 ø10 25 ø 1,0 cm2 Fig. 30a: Esquema de refuerzo en el dintel del vano de la puerta l = 60 cm Detalle del gancho de izaje según cálculo 0 cm ø12 ollo=8 25 ø desarr 2 ø10 vinculan la columna del vano de la puerta ø8 25 ø Fig. 30b: Esquema de armadura de montaje 25 ø Fig. 28: Esquema de armadura de refuerzo de vanos 25 ø estribos fe ø6 c/15 cm mínimo 4 ø10 refuerzos inclinados 2 fe ø8 1,0 cm2 Fig. 29: Esquema de refuerzo de columna formada por el vano de la puerta transmisión de esfuerzos. Esta armadura de unión estará vinculada a la de la cara portante. Se verá en detalle al tratar uniones. g) Armadura de desmolde, transporte y montaje: Incluye los ganchos de izaje, los refuerzos en zonas débiles, o en zonas de apoyo o sujeción durante el transporte. Ver fig. 30 b. 2. Paneles Mixtos: hormigón y cerámico: La industria de la cerámica ha intervenido en el desarrollo de sistemas de grandes paneles donde el uso del bloque cerámico reemplaza en gran parte al hormigón. Se puede considerar que un muro así, es la máxima racionalización del uso del tradicional mampuesto cerámico. La tecnología del bloque cerámico es bien conocida y Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 132 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 133 tradicional en nuestro país, sin embargo el uso en grandes paneles merece algunas consideraciones. a) Muros donde el cerámico es portante: 240 ó 264 cm de acuerdo a Código Se pueden ejecutar básicamente en dos formas, de las cuales dependerá su resistencia: a.1) Bloques alineados: En este caso se disponen de los agujeros de los bloques para llenar con hormigón y armadura. Otra forma es hormigonar la junta vertical de los bloques. La resistencia del muro será la que resulte del funcionamiento del hormigón y el bloque en conjunto. Se determina con ensayos. Ver figs. 31 y 32. a.2) Bloques trabados: En este caso el tipo de mortero que sirve de asiento es el que se debe ajustar para alcanzar toda la resistencia que brinde el cerámico. Se deben cumplir las reglas de Fig. 31: Bloques alineados con relleno de hormigón en alguno de sus huecos. Prototipo Sistema Morando en Brasil (con participación del autor en su desarrollo) a 20 cm Vista frontal, lateral y planta Vista axonométrica Ancho a en 80, 120 y 140 cm Revoque optativo en fábrica o en obra. 250 30 200 Hormigón 40 80 250 80 Fig. 33: Esquema del muro “NeoMuro” de la empresa argentina Stefani 20 220 Sist. Costamagna. Estructura de muro con doble fila de piezas cerámicas. 240 Hormigón 99 180 250 81 35 35 186 Sist. Costamagna. Estructura de muro con piezas cerámicas en T. Fig. 32: Corte de muro exterior con relleno de hormigón exterior al bloque. Variantes del Sistema Costamagna (Francia) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 34: Panel revestido con cerámica no portante 133 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 134 la mampostería tradicional. El gran panel estará confinado por armadura para su montaje. En cambio los paneles de menores dimensiones, pueden tener incorporados los huecos de la armadura de izaje. Ver fig. 33. b) Muros donde el cerámico no es portante: Son los paneles de cerramiento, en este caso el cerámico es usado como terminación al exterior de un muro donde otro elemento es portante. Ver fig. 34. 3. Paneles Macizos: También se los denominan paneles homogéneos: El panel es de un sólo material, el cual proporciona además de la resistencia, la aislación térmica. Para construir estos paneles monocapa se emplean satisfactoriamente los hormigones livianos. La baja densidad de estos materiales les permite tener bajos valores de conductividad térmica. La forma y distribución de los poros de aire son fundamentales en las propiedades aislantes de estos hormigones: No siempre la más baja densidad de un material implica su máxima aislación térmica. El aumento del tamaño de los poros por encima del centímetro permite la convección para transmitir el calor y por lo tanto disminuye el aislamiento. Existe pues una densidad óptima para cada material poroso, donde la aislación es máxima, por debajo de la misma la aislación puede bajar. En el caso de los hormigones livianos estas consideraciones se deben tener en cuenta por medio de ensayos permanentes. La fabricación de paneles monocapa o macizos se ve facilitada por el hecho de trabajar con un único material y un sólo proceso de moldeo. Según los hormigones livianos empleados pueden ser: a. Paneles de Hormigón con Agregados Livianos: b. Paneles de Hormigón Aireado: Hormigones con agregados livianos Hormigón liviano Fig. 37: Cúpula del Panteón de Roma (Italia) realizada en mortero de piedra pómez Arcilla expandida menor de 3 mm de 3 a 10 mm más de 10 mm 900 750 650 Granulado volcánico 700 Escoria de alto horno granulada 1100 Escoria espumosa de alto horno menor de 3 mm de 550 a 850 Cáscara de arroz Vermiculita de 3 a 10 mm de 450 a 550 más de 10 mm de 350 a 450 111 80 - 130 Perlita gruesa Perlita fina Referencia-con Canto rodado 80 - 170 170 - 300 1700 Fig. 36: Densidades de los agregados livianos Arcilla expandida Agregados volcánicos: piedra pómez, granulados volcánicos, etc. Escoria espumosa de Alto horno Agregados orgánicos: aserrín, cáscara de arroz, etc. Agregados sintéticos: poliestireno, etc. Vermiculita exfoliada Perlita expandida Incorporación de aire por medios químicos Hormigones aireados Densidad en kg/m3 Material Incorporación de espumas En base a polvos de aluminio En base a Agua oxigenada y Cloruro de calcio Adición de Espuma preformada Incorporadores de aire Fig. 35: Cuadro de los distintos tipos de hormigones livianos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 134 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 135 a. Paneles de Hormigón con Agregados Livianos Con el reemplazo de los agregados gruesos del hormigón convencional por otros de menor peso, se consiguen hormigones livianos. Ver cuadro de fig. 35. Valores orientativos de las densidades que se pueden esperar de tales agregados, figuran en el cuadro de la fig. 36. Las propiedades de estos hormigones están definidas por el tipo de agregado liviano a utilizar. A diferencia del hormigón aireado que recién se empleó en este siglo, los agregados livianos son conocidos y utilizados en mezclas desde hace siglos. La cúpula del Panteón, en Roma, construcción del siglo II de nuestra era, se realizó en gran parte con un mortero a base de agregados de piedra pómez. (Ver fig. 37). Agregados livianos de mayor uso Arcilla Expandida Este material se obtiene a partir de arcillas que tienen la propiedad de expandirse cuando alcanzan cierta temperatura. A esta temperatura, la formación de gases dentro de la masa, provoca que las arcillas se expandan hasta siete veces su tamaño original. Al enfriarse esta expansión se conserva y así queda conformado un material que puede ser usado como un agregado liviano. La arcilla a emplear debe ser tal que llegue a un estado semiplástico al ser calentada a temperaturas que puedan alcanzarse y mantenerse económicamente. Debe además contener los minerales que al calentarse formen los gases necesarios para la expansión; este requisito puede ser suplido mediante el agregado a la arcilla de los minerales necesarios. El proceso de fabricación no es único y los productos obtenidos difieren también. En los Estados Unidos se producen agregados livianos de arcilla expandida desde la segunda década de este siglo. Otro tanto sucedió en Europa. Después de la Segunda Guerra Mundial comen- zó a difundirse un agregado liviano de arcilla expandida fabricado con tecnología danesa y cuyo nombre comercial es LECA. (Ver Figura 38) Este producto es un material liviano, de formas redondas y lisas que se produce en hornos rotativos. En la Argentina se construyó en la década del 60, la primera planta que fabricaba un producto de ese tipo. El hormigón hecho con este tipo de agregado grueso, es de menor peso que el que se elabora con piedra partida o canto rodado, pero también es menos resistente. La resistencia de estos hormigones livianos depende de la resistencia mecánica del propio agregado, de las dosificaciones y la relación agua cemento. Hormigones de este tipo con dosificaciones cuidadosas y con buena compactación alcanzan valores importantes de resistencia. Estos valores permiten que se lo emplee como hormigón de estructuras y sea posible pretensarlo. Paralelamente con el aumento de la densidad y resistencia, disminuyen sus propiedades aislantes. En la Norma IRAM 1567, se establecen los requisitos para los agregados livianos. Agregados volcánicos Piedra Pómez, granulados volcánicos, puzolanas, piedra toba, etc. (Ver Fig. 39). Este tipo de materiales, originados en actividades volcánicas, existen en muchas regiones y son lo suficientemente resistentes y livianos como para ser usados como agregados del hormigón. En general, se trata de lavas esponjosas, cuya porosidad está originada en los gases que se escapaban en el momento de su formación, cuando pasaban del estado líquido al sólido. La piedra pómez se diferencia de otros granulados o escorias volcánicas por su color claro y uniforme distribución de huecos interconectados. Las demás lavas esponjosas son, en general, de color oscuro y de huecos irre- Fig. 38: Agregado de arcilla expandida producida en horno rotatorio Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 39: Bloque de hormigón con agregados volcánicos 135 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 136 Agregados orgánicos Fig. 40: Agregado de escoria de alto horno espumoso gulares y no conectados. A veces estos materiales se encuentran sueltos y a veces en bloques que hay que triturar. Es común que también se presenten mezclados con otros elementos que pueden afectar al cemento, es por esto muy importante el análisis permanente de estos agregados. Escoria Expandida de Alto Horno En el funcionamiento de los altos hornos, cuando se elabora el hierro, se desecha la escoria. Este material es una mezcla de distintos óxidos (de Calcio, Silicio, Aluminio, etc.) y es retirado del alto horno en forma de líquido a una temperatura aproximada de 1500°C. Esta escoria al enfriarse y al aire se solidifica formando una piedra de color gris. Es frecuente usar este material como agregado grueso en hormigones pesados. Si el enfriamiento de la escoria en vez de realizarse lentamente y al aire, se realiza en presencia de una gran cantidad de agua, el resultado es un material más desmenuzable llamado “granulado de escoria”. La escoria expandida, se obtiene enfriando la escoria líquida, con agua en un proceso regulado y uniforme. El objetivo es que el vapor generado origine poros que le otorguen a la escoria un aspecto esponjoso y liviano. Ver figura 40. El proceso descripto, se lleva a la práctica de distintas maneras que se han ido perfeccionando con el correr del tiempo. La escoria expandida se tritura, se tamiza y ya puede ser empleada como agregado liviano. Los contenidos de azufre de la escoria líquida, por lo general se evaporan en el enfriamiento de la expansión. La escoria espumosa presenta la particularidad de que al mezclarse con la cal o el cemento desarrolla una acción cementante que incrementa la resistencia a la compresión del hormigón. Se han usado diversos agregados de origen natural: los desperdicios de ciertas cosechas. En nuestro país, como en otras partes del mundo, se ensayó el uso de cáscaras de arroz como agregado del hormigón utilizado para paneles y bloques con resultados diversos (Cuadro de la figura 44). Otro ejemplo lo constituye el aserrín. Este se mezcla con el cemento en proporciones de volumen que van de 1:1 a 1:4. El aserrín además de celulosa aporta resinas, azúcares, ácidos, etc., que pueden perjudicar el fraguado y las características del cemento. Es por eso que debe tratarse el aserrín antes de mezclarlo con el cemento. El uso del aserrín de maderas blandas tratadas con cal y cloruro de calcio, da los resultados del orden de los que figuran en la tabla de la figura 44. Las ventajas de estos hormigones de agregados orgánicos, son además de su reducido peso, su baja conductividad térmica. Se han empleado para premoldeados con formas especiales. Sus desventajas son el alto contenido de cemento que requieren, lo cual provoca que tengan importantes contracciones al fraguar, del orden de 10 veces más que los otros tipos de hormigón liviano. Para evitar este inconveniente se le agrega arena, lo que a su vez lleva a aumentar el peso y la conductividad térmica. Agregados sintéticos Estos agregados de un proceso complicado de elaboración, como la fibra de vidrio, se encuentran bajo la protección de patentes que resguardan la propiedad intelectual del producto. Deben resolver dos problemas: el primero es que estos agregados sintéticos no sean atacados por el cemento, las fibras de vidrio comunes, sin tratamiento, son agredidas por el cemento. El otro inconveniente es el poco peso de algunos de estos agregados sintéticos, que hace que en el proceso de mezcla del hormigón se separen y queden “flotando”. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 41: Agregado de vermiculita “exfoliada” 136 Capítulo 06 24/04/2001 1:38 PM Page 137 Vermiculita Perlita La vermiculita es una mica. Estas son rocas que se presentan en forma de láminas. La mica seca es triturada y tamizada en varios tamaños. Luego agrupadas por dimensiones, son expuestas a la llama hasta alcanzar temperaturas de 2000°C. Por ello se expande aumentando varias veces su volumen. Este proceso de expansión en forma de láminas u hojas se denomina exfoliación. Ver fig. 41. El uso de la vermiculita exfoliada, está muy difundido como agregado a morteros para revoques aislantes para mejorar las propiedades térmicas de los muros. Los hormigones con agregados de vermiculita son poco resistentes, no deben ser usados en piezas portantes. La perlita es un mineral en forma de cristal que proviene de la actividad volcánica. Se presenta en forma de capas concéntricas, como una cebolla. Luego de ser triturada la perlita se calienta hasta alcanzar los 1800°C, a esa temperatura se forman huecos minúsculos que provocan la expansión y se constituye en un material liviano. Ver fig. 42. Al igual que los hormigones de Vermiculita tienen bajas resistencias. Agregando arena, enriqueciendo la mezcla con cemento y compactando, se obtienen resistencias mayores pero será un hormigón más pesado, menos aislante y más caro. Resistencia a la compresión kg/cm2 Contracción por secado en % 0.16 0.21 0.28 0.33 0.38 0.43 90 110 140 230 0.04 0.04 0.05 0.05 0.21 0.24 0.28 0.30 0.34 0.37 0.18 0.21 0.24 0.26 0.29 0.32 25 35 70 110 170 230 0.03 0.03 0.04 0.05 0.07 0.07 650 800 1400 0.17 0.14 0.3 0.15 0.12 0.26 21 39 100 0.06 0.04 0.08 1600 1200 900 650 0.25 0.24 0.17 0.22 0.21 0.15 120 50 20 0.25 0.35 0.5 0.5 Hormigón de Vermiculita 400 450 600 700 0.12 0.125 0.18 0.4 0.10 0.11 0.16 0.34 10 20 35 40 0.35 0.5 0.4 0.4 Hormigón de Perlita 320 400 500 550 650 750 0.08 0.09 0.1 0.11 0.13 0.15 0.07 0.08 0.09 0.09 0.11 0.13 7 15 22 35 50 80 0.07 850 1110 1150 1250 0.18 0.27 0.3 0.34 0.16 0.23 0.26 0.29 17 45 75 100 Tipo de hormigón Densidad Conductividad kg/m3 kCal / m C W/mK Hormigón estructural de agregados gruesos pesados (canto rodado o piedra partida) 2400 1.89 1.63 Hormigón de arcilla expandida compactada 950 1100 1300 1450 1600 1750 0.19 0.25 0.33 0.38 0.44 0.5 Hormigón con escoria espumosa compactada 900 1100 1300 1450 1600 1700 Hormigón de piedra pómez Hormigón de aserrín Prop. de mezcla en vol. Cemento/aserrín: 1-1 ídem: 1-2 ídem: 1-3 ídem: 1-4 Hormigón de granulado volcánico Hormigón de cáscaras de arroz 750 850 1000 0.054 0.036 0.005 2 3.5 4.5 Fig. 44: Recopilación de valores de conductividad, resistencia y contracción para densidades de hormigón. (Fuente: Ensayos nacionales e internacionales) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 137 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 138 λ Tipo de hormigón Fig. 42: Agregado de Perlita “expandida” Consideraciones sobre los hormigones con agregados livianos Según las densidades de los hormigones obtenidos con estos materiales, como orientación se puede emplear la clasificación que dan autores rusos. Ver figura 43. Tanto esta tabla como los cuadros de la figura 44 y figura 45, son valores orientativos y antes de cualquier uso en obra, el hormigón debe ser ensayado. El programa de control debe ser continuo. Densidad kg/m3 Función hasta 500 Sólo como aislante de hasta 500 1400 Aptos para usar como muros aislantes y portantes de baja carga desde 1400 Función estructural Fig. 43: Cuadro del empleo de los hormigones livianos según sus densidades En cuanto a la impermeabilidad de los hormigones livianos, ésta se alcanza sólo en los más densos, de más de 1400 kg/m3, con buena compactación. Sin embargo debido a la naturaleza porosa de los hormigones livianos, lo usual es recubrir los muros con capas hidrófugas que le impidan acumular agua. Al absorber agua se le reducen sus propiedades aislantes. La protección de las armaduras de acero colocadas en el interior de los hormigones livianos, dependerá de la impermeabilidad del mismo, sólo posible en los más densos. En los más porosos se protegen las armaduras, por ej., con un recubrimiento de pintura epoxi. En hormigones como los de arcilla expandida una suficiente compactación y recubrimiento asegura la protección. La durabilidad de estos hormigones, será garantizada por la estabilidad de sus agregados para lo cual se debe controlar su composición. Densidad Conduct. térmica kg/m3 W/mK Hormigón con agregados de arcillas expandidas 700 800 900 1000 1400 1600 0.22 0.29 0.35 0.42 0.57 0.89 Hormigones con agregados de cáscara de arroz y canto rodado 1100 1300 1600 2000 0.37 0.45 0.63 1.09 Hormigones con agregados de poliestireno expandido 300 500 1000 1300 0.09 0.15 0.26 0.35 Hormigones con fibras de vidrio 2100 1.1 Hormigones aireados 600 0.15 Hormigones con carbón 600 0.13 Hormigones con viruta de madera 400 500 0.14 0.16 Fig. 45: Cuadro de valores de conductividad térmica obtenidas en laboratorios nacionales s/Norma IRAM 11601 La contracción que se produce al secarse el hormigón, contracción de fragüe, es importante en estos hormigones, el tipo de curado es determinante para definir la magnitud de ese retraimiento. Para piezas premoldeadas la práctica usual es el curado al vapor, para evitar que la evacuación rápida del agua provoque grandes contracciones. b. Paneles de Hormigón Aireado El hormigón aireado, conocido también como hormigón celular o alveolar, es un material que presenta huecos en forma de poros regulares que no se comunican entre sí. No tiene agregados gruesos, en estricto sentido no es un hormigón sino un mortero. La base de este mortero es cemento o cal y arena o algún otro agregado fino. Las densidades que se pueden obtener varían entre los 400 y 1400 kg/m3. Según la forma en que incorporan el aire se pueden agrupar en: 1. Hormigones gaseosos: cuando la formación de los poros se debe a un gas que proviene de una reacción química. 2. Hormigones espumados: cuando los poros son consecuencia del agregado de espumas a la mezcla básica de cemento y arena. 1. Hormigones Gaseosos: El proceso químico que produce gas durante el fraguado y endurecido del hormigón, es algo similar al leudado del pan. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 138 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 139 ,, ,, POLVO DE ALUMINIO ARENA MEZCLADORA MOLEDORA Mezcla vertida en molde CEMENTO A la media hora toma volumen por desprendimiento de gas hidrógeno Los recortes y descartes son llevados nuevamente a molienda 4 a 5 horas después endurece Es cortado a medida con alambres tensados Llevado a autoclave por 16 hs. con vapor a +200 °C y +1,3 MPa AUTOCLAVE Sale a playón de secado Fig. 46: Proceso de fabricación del hormigón gaseoso con polvo de aluminio El método más difundido es el agregado de polvos de aluminio, que al mezclarse con el hidróxido de calcio (cal hidratada que se incluye en la mezcla inicial o que se forma al comenzar a fraguar el cemento) libera gas Hidrógeno que será el que actúe hinchando la masa. (Ver figura 46). El polvo de aluminio debe ser finamente molido y puede ser reemplazado por polvo de zinc. Para producir un volumen de un metro cúbico de Hormigón Gaseoso de 700 kg/m3 se necesita aproximadamente medio kg. de polvo de aluminio. El aglomerante como se vio puede ser cemento o cal, en cuanto a la arena, ésta debe ser preferentemente con alto contenido de cuarzo, y es finamente molida para ele- var la calidad del hormigón. La trituración aumenta la superficie del componente y eleva su actividad química. La elaboración de las piezas premoldeadas se efectúa de la siguiente manera: Luego de dosificados el aglomerante, la arena triturada y el agua, son mezclados durante 5 minutos en una hormigonera. Allí se le agregan los polvos de Aluminio diluidos en agua y se mezcla nuevamente. Luego se vierte en los moldes llenándolos parcialmente, la cantidad dependerá del volumen de expansión esperado. En aproximadamente media hora, el hormigón aireado llena el molde, este aumento de volumen de la mezcla es debido a la liberación del gas Hidrógeno. En estos moldes, de ser el caso, ya estarán las armaduras de losas o tabiques. Cuando el proceso de fraguado brinda la suficiente resistencia del hormigón, esto es a las 4 ó 5 horas, se procede a las operaciones de corte previas al curado. Para ello se remueven las tapas laterales de los moldes. Estos cortes se realizan transportando el bloque a través de un enrejado con alambres tensados. Todo desperdicio de corte puede ser aprovechado triturándolo e incorporándolo a la mezcla del comienzo. Efectuados los cortes se vuelven a colocar las tapas laterales de los moldes y las piezas son llevadas a los autoclaves. Los autoclaves son grandes cilindros de diámetros de 2 a 3 metros y largos que alcanzan los 25 metros. Se cierran herméticamente y se les agrega vapor hasta alcanzar temperaturas de 200 grados y presiones de 1.3 MPa (13 kg/cm2). Las altas temperaturas, el medio muy húmedo y la presión, contribuyen a activar el proceso de endurecimiento del hormigón sin que experimente retracciones importantes pues no hay pérdida de agua. El proceso de curado en autoclave, comienza introduciendo las piezas y elevando lentamente la temperatura y presión; este proceso de alrededor de 5 horas tiene por objeto evitar agrietamientos en las piezas. Durante 6 horas el autoclave funciona a la máxima temperatura y presión, posteriormente se deja enfriar lentamente en un tiempo aproximado de 5 horas. Se procede entonces a retirar las piezas ya endurecidas, se quitan las tapas laterales de los moldes, y el producto es transportado al lugar donde se almacenará hasta su total secado. La descripción anterior del proceso es general y los distintos fabricantes perfeccionan algunos de los puntos con sus desarrollos particulares. Con los ajustes de materiales y dosificación se alcanzan densidades que van desde los 400 kg/m3 a los 1400 kg/m3. (Ver figura 47). Desde 1929, año en el que se inició en Suecia la producción industrial de este tipo de hormigón, han habido varias empresas que agregaron sus modificaciones. En nuestro país desde la década del 70, se encuentra en pro- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 139 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 140 Fig. 47: Estructura celular de hormigón gaseoso ducción una fábrica de este hormigón en Victoria, provincia de Entre Ríos, que cuenta con tecnología sueca. Se fabricaron allí paneles y losas para el sistema constructivo CONAL, también bloques para mampostería. Suecia ha sido el país donde más se ha trabajado este producto, que permite ser serruchado y perforado con técnicas similares a las de la madera. En nuestro país se asoció inicialmente el producto con el nombre de uno de sus principales fabricantes: SIPOREX. En la figura 48 se observa el empleo de un sistema constructivo en Francia, con elementos de hormigón gaseoso con licencia SIPOREX. La misma es un detalle de encuentro de muro exterior y techo usando este material. Se lo puede clavar, canaletear y serruchar sin dificultad. Los paneles y losas de este material deben ser revocados o revestidos para evitar su deterioro o absorción de agua. Por su capacidad de acumular agua, este material no debe ser revestido exteriormente con materiales que Sellador elastómero sean barrera de vapor e impidan su secado ante eventuales ingresos de agua. Las armaduras deben tener un tratamiento para preservarlas de la corrosión. Este hormigón gaseado, se ha usado también en Alemania y cuenta con Normas DIN que orientan al proyectista sobre las cualidades del producto y las formas de control. Existen otras técnicas que son variantes del procedimiento descripto. Ciertas fábricas usaron en lugar del polvo de Aluminio, ácido clorhídrico con cal para generar el gas. También se ha empleado una mezcla de Agua oxigenada y polvo blanqueador (Ca Cl (OH)) que libera gas oxígeno. Es frecuente el uso exclusivo de cal como aglomerante, en este caso el producto ya no se trata de hormigón alveolar sino de Silicato alveolar o Gaseado y su uso es destinado a bloques de mampostería. Este Silicato a diferencia del Hormigón Gaseado, necesita inevitablemente del curado en autoclave para endurecer. 2. Hormigones espumados: Para conseguir este tipo de hormigones se preparan por separado el mortero y la espuma. (Ver fig. 49). El mortero será de algún aglomerante como el cemento o cal aérea, un agregado fino como arena y finalmente agua. La espuma preformada se prepara en recipientes, con ,, ,, ESPUMIGENO Travesaños de madera clavados Teja GENERADOR DE ESPUMA AGUA ESPUMA Losa de hormigón armado "Siporex" Loseta de cielorraso de hormigón gaseoso MEZCLADORA Cielorraso eventual AGUA CEMENTO Encadenado de hormigón convencional "in situ" Revoque externo Enlucido interno Panel de hormigón gaseoso "Siporex" espesor 20 cm Fig. 48: Detalle de sistema constructivo empleando el hormigón gaseoso “Siporex” ARENA HORMIGON ESPUMADO Fig. 49: Proceso del hormigón espumado. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 140 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 141 paletas batidoras o bombas centrífugas que agitan el agua donde se encuentran los espumígenos. Estos pueden ser de diversos tipos y la mayoría de los que se emplean se encuentran protegidos por patentes de las empresas que los comercializan. Se han empleado como espumantes resinas de saponina, detergentes, etc. además de los sintéticos; también debe haber estabilizadores que permitan que la espuma obtenida no desaparezca al entrar en contacto con el mortero. Según la densidad deseada, se agrega más o menos arena y sobre todo será el volumen de espuma a mezclar, se pueden lograr hormigones espumosos de 300 kg/m3 a 1800 kg/m3. La producción de estos hormigones se puede hacer con instalaciones móviles y de pequeña envergadura. El hormigón espumado por lo general no se cura en autoclave, lo corriente es curarlo al vapor sin presión o al aire. En la figura 50 se observa el llenado de un panel de hormigón espumado curado al aire. controlados en fábrica y muy especialmente en su recepción en obra. Los hormigones aireados, o alveolares, son conocidos también como celulares por su estructura. Se busca que éstas sean cerradas, en ocasiones y por diversas razones, esto no se logra. Estos poros abiertos se comunican por conductos o fisuras. La existencia de células abiertas y conductos de distintos tamaños, provoca movimientos capilares del agua que pueda entrar en contacto con el hormigón. La humedad avanza de las cavidades amplias hacia las más estrechas. Estas consideraciones sirven para entender la facilidad que tienen los hormigones aireados para absorber agua. Esto debe ser tenido muy en cuenta, en el diseño de las aislaciones y barreras hidrófugas; es un punto crítico en los sistemas que usan elementos con hormigón aireado. Paneles para losas Las losas para resolver techos difieren de las que se usan en los entrepisos por estar expuestas al exterior. En ese aspecto las losas de techo se asemejan a las de las paredes exteriores. Las de entrepiso deben resistir las sobrecargas de uso de las viviendas. hasta 6 m hasta 6 m Paneles portantes a) Losa única (fabricada en el lugar) hasta 10 a 12 m Esto provoca contracciones más importantes que en los procesos de curado a vapor de alta presión, que deben ser tenidos en cuenta en las tolerancias de las juntas y uniones. Las características de bajo peso y alta capacidad aislante de estos hormigones los hacen sumamente interesantes para el uso en viviendas donde los requerimientos de resistencias no son elevados. A diferencia del hormigón convencional, el alejarse levemente de las dosificaciones, o las diferencias en la calidad de los agregados, pueden ocasionar problemas que comprometan la vida útil de los hormigones aireados. Lo mismo ocurre cuando no son respetados los tiempos de curado. Los elementos de hormigón aireado deben ser siempre de 0,30 a 1,50 m Fig. 50: Llenado de un panel de hormigón espumado Paneles portantes b) Varias losas Fig. 51: Tipos de paneles para losas de techos y entrepisos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 141 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 142 La forma de resolver entrepisos o techos en los sistemas constructivos basados en grandes paneles ofrece distintas alternativas que dependen de: Forma de la planta Las luces de los ambientes a cubrir, definirá el largo del panel de losa, el ancho del panel será o bien el módulo del sistema, o la otra dimensión del ambiente. (Ver figura 51). En el caso a) se soluciona con un sólo elemento. La parte inferior del panel de losa ofrece una superficie libre de juntas y directamente resuelve el cielorraso. En los paneles de la solución b) se deberá tomar la junta el cielorraso y resolver un número mayor de uniones que en a). Las limitaciones a que se enfrenta el tipo de solución a) son el peso de las losas y las disponibilidades de moldes y de transporte. Sus ventajas son la menor cantidad de juntas y la posibilidad de repartir la carga de la losa en 4 bordes. En la fotografía de la figura 52.a se observa el empleo de losas completas en el techo de viviendas mínimas. En la figura 52.b se observa una losa de entrepiso que cubre un ambiente completo. Fig. 53: Losetas macizas de hormigón liviano El empleo de elementos de anchos menores, solución b), permite elementos que pueden ser de longitud y espesores mayores, sin ser excesivamente pesados y por lo tanto cubrir luces importantes. El ancho de estos elementos, losetas, varía entre los 0.30 m hasta 1.50 m. Pueden ser elementos macizos como el de la figura 53 o huecos como los que se observan en el gráfico de la figura 54. El uso del pretensado es frecuente en estas piezas permitiendo así alcanzar mayores luces. Cada una de estas piezas debe estar vinculada con sus adyacentes de manera tal que sus deformaciones ante las cargas gravitatorias sean solidarias. Esto se consigue uniendo cada pieza con su contigua como se observa en la figura 55. El material más difundido en nuestro país para la fabricación de losetas, es el hormigón con agregado liviano de arcilla expandida. Si bien es discutible el considerar a estos elementos como grandes paneles, su difusión en la construcción y la posibilidad de usarlo combinándolos con los paneles de muro, nos mueve a hacerlo. a) Losa armada sin pretensar Fig. 52a: Techos de losa completa en vivienda mínima 0,12 a 0,25 m de 3 a 9 m 0,3 a 1.2 m b) Losas pretensadas de 3,5 a 18 m 0,15 a 0,35 m 1.2 m Fig. 52b: Losas completas como entrepiso Fig. 54: Losas huecas. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 142 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 143 armadura transversal Losetas angostas hormigón "in situ" hormigón premoldeado refuerzos hormigón colado "in situ" variable según longitud 4 cm estribos 20 a 40 cm armadura de tracción armadura transversal refuerzo longitudinal luz entre apoyos Losetas anchas Fig. 55: Unión de losetas Proceso constructivo Según el tipo de uniones que se han proyectado entre los paneles portantes y las losas, puede resultar más sencillo para la construcción el empleo de prelosas. Las prelosas funcionan, según se ve en la figura 56, como una vigueta metálica, donde la armadura de tracción inferior se encuentra en la capa de hormigón que servirá de encofrado para el posterior relleno “in situ”. Esta capa de hormigón premoldeada es de 4 ó 5 cm de espesor. La armadura superior, vinculada por los estribos en escalerilla, funciona como armadura de compresión durante el montaje y hormigonado, una vez realizado éste, el hormigón vertido toma la compresión. Si al hormigonarse la capa de compresión se llenan también las uniones con los muros, se obtiene un conjunto monolítico. Esto se ve claramente en la figura 57 donde la capa de hormigón vinculará las armaduras de muros y prelosas. Se dispondrá de armadura de distribución en prelosas y uniones con los muros para evitar posibles fisuraciones. Los entrepisos así realizados, constituyen un diafragma rígido para actuar como viga horizontal y distribuir los esfuerzos de viento y sismo a los muros. Las prelosas ofrecen como ventajas adicionales, la posibilidad de disponer con libertad el tendido de instalaciones que deban ser colocadas. Permite además disponer elementos que alivian en el peso final. Es frecuente el empleo de bloques de poliestireno expandido, dispuestos entre los nervios de las prelosas, de tal manera que al hormigonar se consigue la altura de losa deseada, la capa de compresión correspondiente y un menor peso total de la losa. La forma de las prelosas, no debe ser necesariamente de 120 a 300 cm Fig. 56: Prelosas completadas “in situ” Fig. 57: Unión de prelosas con paneles portantes por llenado “in situ” Fig. 58: Prelosa de forma irregular Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 143 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 144 Uniones Juntas Fig. 59: Otro uso de prelosas, como parte del cerramiento exterior en viviendas modulares rectangular sino que pueden tener formas irregulares según se observa en la figura 58. Finalmente, las prelosas han sido usadas como muros de viviendas modulares. En la figura 59 se observa una vivienda sin terminaciones exteriores donde los muros son prelosas, la parte de hormigón premoldeado queda al hacia el interior de la vivienda y la armadura de compresión al exterior. La terminación exterior es a base de placas sobre bastidores que se fijan a la armadura de la prelosa. Juntas y uniones entre los componentes Definiciones Definimos como junta entre dos o más componentes o paneles de un sistema constructivo a la zona o espacio de contacto entre estos elementos. Las juntas pueden ser húmedas o secas. Por ejemplo una junta que se rellena con mortero será húmeda, en cambio si la junta la constituye un material como espuma de poliuretano bituminosa, será una junta seca. Además las juntas pueden ser verticales u horizontales. Por unión entendemos a la forma en que dos o más elementos se unen, fijan o solidarizan estructuralmente. La unión normalmente se encuentra incluida dentro de la junta, sin embargo ésta no necesariamente será una unión entre ambos elementos como se puede ver en el gráfico de la figura 60. En este caso las uniones son puntuales a través de armadura en espera e insertos, mientras la junta se desarrolla a lo largo de los paneles. La junta debe resolver la continuidad funcional de los elementos, en cambio la unión apunta sólo al aspecto estructural. Fig. 60: Diferencias entre junta y unión En la figura 61 se observa un sistema donde la unión entre los paneles y las losas se desarrolla a lo largo de las juntas, con armadura y estribos, luego se rellena con mortero. Juntas La forma en que resuelven las juntas depende de su ubicación, exterior o interior. Ver figura 62 a. En la figura 62 b se pueden apreciar las diferencias, la junta exterior debe solucionar la continuidad de las aislaciones térmicas e hidrófugas. En la junta exterior ventilada horizontal (fig. 62b-III) se ve cómo se coloca un suplemento de aislante que permite presentar en la cara exterior de la vivienda una aislación sin el puente térmico por la presencia de la losa. De la misma manera en la junta exterior (ventilada, cerrada) vertical un suplemento de aislante se coloca antes de llenar la junta con hormigón o mortero (fig. 62b-IV). Juntas Interiores El encuentro entre paneles y losas interiores en general se resuelve llenando el espacio con mortero. En la figura 61 se observa la forma usual que toman las juntas interiores, sin embargo no siempre se encuentran con tanta armadura como la del ejemplo. Es frecuente que cuando los paneles que intervienen en la junta no son estructurales las juntas interiores no son siempre Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 144 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 145 Se rellena con hormigón "in situ" Armaduras de unión Junta entre panel muro y losas Losa Apoyo de montaje Estribos de unión Muro Nido Junta entre paneles de muro (coincide con la unión) Fig. 61: Ejemplo de juntas que coinciden con las uniones atendidas como lo requieren. En efecto, al no estar expuestas a la agresión del agua de lluvia o del viento como lo están las exteriores, son dejadas de lado por interpretar que son solamente estéticas. Si no se dispone de suficiente armadura y no se adecúa la dosificación del mortero, el resultado será la aparición de fisuras. La experiencia indica sin embargo que el usuario de la vivienda atribuye mucha importancia a las fisuras que “marcan” esas juntas. El argumento que: “en la construcción tradicional siempre están presentes las fisuras” y Interiores Juntas que no revisten ningún peligro no son una excusa válida. Sobre este particular nuestra opinión es que si bien esos argumentos son en alguna medida ciertos, se debe contemplar que el ocupante de una vivienda industrializada es de por sí más exigente con respecto a estos detalles. El ocupante de las viviendas tradicionales no presta mayor atención a pequeñas fisuras, en cambio si alguien que vive en una casa industrializada las encuentra, normalmente atribuye su aparición al sistema industrializado. ¿Por qué aparecen fisuras en algunas juntas?: Las fisuras reflejan movimientos de los elementos que la conforman. Estos a su vez se pueden mover por causas exteriores a los propios elementos: como lo son los asentamientos o deformaciones estructurales, los golpes, etc. Otras causas de movimiento son las asociadas al propio elemento como son los cambios de volumen debido a las variaciones de temperatura o humedad. Esta última razón es frecuentemente olvidada y sin embargo el “hinchamiento” es en muchos materiales de igual importancia que las variaciones de temperatura. En los grandes paneles, las deformaciones se van acumulando y generando un estado de tensiones crecientes, al alcanzar cierta magnitud estas tensiones provocan fisuras en los puntos más débiles: las juntas que tienen escasa armadura o de materiales muy poco elásticos. Si las juntas son lo suficientemente elásticas como para absorber esas variaciones no habrá fisuras. Es por eso que cuando hay gran número de juntas es baja la probabilidad de que aparezcan fisuras pues las deformaciones se distribuyen. En cambio cuanto mayor sea el tamaño de los paneles mayor será la cantidad de tensiones que acumulan las juntas. El mortero con el que se rellena la junta no debe presentar contracciones cuando fragua, para ésto es indispensable tener baja relación agua–cemento. Para obtenerlo es necesario usar aditivos fluidificantes e incorporadores de aire para conseguir que el mortero llene la junta y no presente mayor contracción al perder humedad. Cuando por razones de fabricación de los paneles o de su montaje no es posible disponer de suficiente armadu- Verticales Horizontales Llenas Exteriores Ventiladas Fig. 62a: Cuadro de tipos de juntas de grandes paneles Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Verticales Horizontales Abiertas Verticales Horizontales Cerradas Verticales Horizontales 145 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 146 Junta vertical entre dos paneles Sellador elástico. Absorbe los movimientos sin provocar fisuras Junta de hormigón (in situ) Hormigón colado (in situ) Armadura de unión Losa Panel de muro I) Panel de muro Junta interior horizontal I I N T E R IO N T E R IO Junta de hormigón (in situ) R ra, Fig. 63: Detalle de junta vertical entre dos paneles R Panel de muro Detalle de junta interior Junta tomada con material de enlucido (p.ej.: Yeso reforzado) II) Hormigón colado (in situ) Junta interior vertical Aislación Panel de muro premoldeado EXTERIOR Panel de muro Junta de hormigón (in situ) Losa Buña donde se producirá la fisura Fig. 64: Junta entre dos paneles de muros interiores III) Junta exterior horizontal Hueco ventilado Aislación Panel de muro exterior Hormigón colado (in situ) Panel de muro interior IV) Junta exterior vertical Fig. 62b: Juntas interiores y exteriores o cuando por sus dimensiones es inevitable la acumulación de tensiones que derivan en fisuras, debe buscarse alguna solución de diseño. Básicamente existen dos formas de encarar las juntas interiores entre dos elementos que tendrán movimientos diferenciales. La primera es tomar la junta con un material lo suficientemente elástico como para que pueda absorber los movimientos sin fisuras (Ver figura 63). En este sentido hay gran cantidad de masillas y selladores que cumplen esa función. Se debe atender a su aspecto: textura y dureza, su capacidad para recibir distintos tipos de pintura, y finalmente también a su costo. Entre estos selladores se encuentran los poliuretánicos de un componente que se adecúa a las juntas con movimientos de hasta el 25% de su espesor y que presen- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 146 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 147 ta buena adherencia al hormigón. También han dado buenos resultados los selladores formulados sobre la base de resinas tipo poliéster, que tienen gran adherencia y durabilidad. La segunda forma es esconder las fisuras. En ese sentido existen diferentes recursos: Las buñas: una pequeña fisura pasará inadvertida al manifestarse dentro de una buña. Ver fig. 64. La junta en forma de buña se ejecuta con cualquier material que se use de terminación (yeso o distintos revoques). Otra alternativa son los tapajuntas o molduras que ocultan tras de sí la aparición de fisuras. En las figuras 65 y 66 se observan ejemplos. Se debe tener presente que el tapajunta o moldura no debe estar adherido a ambos paneles sino permitir el libre movimiento. En la figura 65, en una junta horizontal se observa la moldura a nivel del cielorraso, en la cara superior de la losa, a nivel del piso, el zócalo oficiará de tapajunta. La figura 66 muestra la colocación de un tapajuntas premoldeado que se emplea como encofrado cuando se procede a llenar con mortero la junta entre paneles de muros. En estos casos se debe tener la precaución de poner un fieltro entre el panel y el solape del tapajuntas de tal manera que permita, al ser retirado, el movimiento de los paneles tras el tapajuntas. Finalmente sobre las fisuras en las juntas interiores se debe decir que a menos que por alguna razón terminen dañando la unión, que es estructural, no representan peligro para los ocupantes de la vivienda. Panel de muro premoldeado Losa Zona de aparición de fisuras Mortero colado (in situ) Moldura aplicada sobre el muro que oculta las fisuras (no adherida al Corte vertical de junta muro-losa cielorraso) Fig. 65: Detalle de junta interior con moldura Juntas Exteriores La mayor exigencia que enfrentan las juntas exteriores es la de ser una barrera efectiva para impedir el paso del agua de lluvia y del viento. Además las juntas exteriores deben dar continuidad a la aislación que se ha previsto para muros y techos. Cuando esta última previsión no es satisfecha aparecen los puentes térmicos con sus consiguientes deterioros para la vida útil de la vivienda. La junta externa además debe ser durable y segura. Si está previsto realizar el reemplazo de algún componente de la junta como por ejemplo el sellado, esta operación tiene que poder ser realizada de manera simple y estar dentro de las posibilidades económicas del tipo de ocupante de la vivienda. El aspecto estético de la junta exterior será compatible con la fachada del edificio. Las juntas exteriores deben absorber los movimientos mecánicos o estructurales y los térmicos. Las tolerancias con que se fabrican los paneles, son puntos de partida para el diseño de las juntas. También deben ser tenidos en cuenta el sistema estructural elegido y el orden de montaje, si el panel es portante o no, el tipo de unión que se tiene prevista, si el panel es homogéneo o sandwich, su espesor, etc. Esta gran cantidad de variables origina a su vez gran número de soluciones. Sin duda la solución de las juntas externas es clave en los sistemas de grandes paneles. Pautas para el diseño de las juntas externas: En el proyecto de una junta, el espesor debe ser el punto de partida para luego estudiar su forma. Se darán los valores básicos, que orienten en el diseño del espesor de las juntas. Las expresiones de cálculo reflejan simplificadamente la cuestión pero sirven para tener una visión de las magnitudes en juego. 1.Variaciones de longitud del panel debido a los cambios de temperatura. En la figura 67 se ven dos paneles contiguos que definen la junta cuyo espesor queremos determinar. Al cambiar la temperatura, los paneles variarán su longitud en forma proporcional al coeficiente de dilatación del material del panel, la expresión que sigue describe esa variación en el espesor de la junta. ∆et = εt . ∆t . l ∆et = variación del espesor de la junta por variación de temperatura. εt = Coeficiente de dilatación térmica del material del panel (para el hormigón normal es 0.00001). ∆t = variación de temperatura media. Este valor debe ser referido a la temperatura media durante el período de montaje. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 147 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 148 Molduras de esquina Hormigón colado (in situ) Armadura de unión Fieltro de separación Tapajuntas premoldeado Panel de muro premoldeado Fig. 66: Detalle de juntas interiores con tapajuntas En el capítulo 3, se ofrecen valores para orientar al proyectista. Para predimensionar se puede tomar ∆t = 30 °C. l = longitud del panel. Así por ejemplo para dos paneles de 4 metros de largo, si tuviesen libertad de movimiento, tendríamos: ∆t = 0.00001mm/m. 30°C. 4000 mm = 1.2 mm Esto significa que la junta que se encuentra entre esos paneles libres debe ser capaz de absorber esos movimientos. Como resultado del mismo peso de los paneles y de otros vínculos, esos movimientos estarán restringidos y las tensiones de esas restricciones no se acumularán todas en la junta, sin embargo, el orden de las deformaciones será como el calculado. 2. Errores y tolerancias de fabricación y montaje: Por el proceso de fabricación de los grandes paneles es inevitable la divergencia entre las dimensiones proyectadas y las obtenidas. Desde luego la calidad de los moldes y de los materiales, el proceso de curado y la severidad de los controles son los que determinan la magnitud de los errores o divergencias. Luego en el proceso de montaje se introducirán nuevamente errores o diferencias entre la posición esperada del panel y en la que termina ubicado. Estos no deben exceder las tolerancias establecidas, que serán las que ,,,,, ,,,,, Panel de muro premoldeado Junta –∆t= ∆ et ∆ et = εt x ∆ t x Variación en el espesor ∆ et = Variación del espesor de la junta εt = Coeficiente de dilatación térmica del panel ∆ t = Cambio de temperatura media = Longitud del panel Fig. 67: Variación del espesor de las juntas por cambios de temperatura Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 148 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 149 servirán para el diseño de las juntas. El diseño de juntas necesariamente debe estar precedido por el análisis de errores. Como orientación para el predimensionado se puede proyectar la junta entre grandes paneles con un espesor entre uno y dos centímetros. 3. Tipo de material que se empleará para el sellado o relleno de la junta: Los selladores sean del tipo que fuesen, necesitan un espesor mínimo para desarrollar las elongaciones y absorber las compresiones. Existen según los productos, anchos máximos de junta, más allá de los cuales el sellador resulta ineficaz. Ver figura 68. Revoque exterior a) Hormigón celular ligero Mortero de cemento con plastificante 25 E X T E R IO R Sellador Junta horizontal (Corte vertical) Hormigón celular ligero Mortero de cemento con plastificante b) Sellador Material de respaldo Revoque exterior Sellador a b = 2a E Fig. 68: Factores que influyen en el espesor de las juntas: tipo de sellador y sus necesidades geométricas X T E R Junta vertical (Corte horizontal) Fig. 69: Detalle de una junta exterior en un sistema de grandes paneles de hormigón celular (Syporex) Ese valor surgirá de las especificaciones que ofrece el fabricante del producto. En general los selladores no cubren más de 2 centímetros de espesor de junta. En cuanto a los morteros que se usan para rellenar los huecos de las juntas necesitarán por lo menos de 4 a 5 centímetros de ancho para efectuar un llenado eficiente. Si el relleno es de hormigón, es decir con agregados gruesos, este espesor debe ser mayor y el diámetro del agregado grueso acotado a 10 ó 12 milímetros. 24 Hormigón celular ligero Mortero resistente Losa Sellador Juntas ventiladas. Juntas llenas. Las juntas exteriores se pueden agrupar en: -Juntas llenas -Juntas ventiladas En la figura 69 se observa una junta llena entre paneles exteriores de hormigón liviano del Sistema Syporex de muro exterior. El esquema a) representa la unión horizontal entre un panel de hormigón celular y otro colocado encima. El corte vertical del cerramiento es el que muestra la junta horizontal, en este caso es una junta rellena de mortero, de cemento y que hacia el exterior se termina con un sellador para ofrecer estanquidad al agua y al viento. El esquema b) muestra la junta vertical entre paneles de muro del mismo sistema, el corte que la pone en evidencia es el horizontal. La junta es a tope de los pane- IO R Aislante de Poliestireno expandido 22 Apoyo Junta horizontal (Corte vertical) Fig. 70: Detalle de una junta llena horizontal les, el hueco que se materializa al colocarlos en posición es rellenado con mortero de cemento con plastificante colado “in situ”. Finalmente la junta al exterior es resuelta con un sellador. En la figura 70 el corte vertical muestra a la junta horizontal donde concurren los paneles de muro y la losa de entrepiso, de igual manera que en el caso anterior se rellena el hueco con hormigón colado “in situ” y se sella la parte exterior de la junta. Se toma la precaución de colocar un suplemento de poliestireno expandido para Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 149 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 150 Panel muro exterior Hormigón colado "in situ" Aislación INTERIOR EXTERIOR Losa Estribo Horquillas galvanizadas Junta horizontal Hormigón Suplemento colado de aislación "in situ" Panel muro interior Aislación Panel muro exterior Masillas Estos productos plastoelásticos se aplican sobre las juntas en forma continua con aplicadores que van inyectando la masilla y puede ser repasada a espátula. Las primeras que se usaron fueron las masillas de butilo, pero han sido superadas en duración y eficiencia por las masillas de Thiokol. Estas están basadas en polisulfuros que con un endurecedor se polimerizan y al fraguar adquieren un comportamiento elástico como la goma. Resisten a la radiación solar, el agua y los solventes. Se deben preparar las superficies a las cuales se aplicará limpiándolas y aplicando una imprimación que proteja a la masilla de los álcalis del hormigón. Cordones o tiras preformadas Son selladores que vienen en rollos, se despliegan sobre una de las superficies de las juntas y se comprimen al posicionar la otra cara de la junta. Necesitan entonces de esta compresión para sellar la junta. Existen gran variedad de estos selladores como los a base de butilos o las espumas de distintos materiales que a su vez pueden estar impregnadas por ejemplo en asfaltos. Juntas Ventiladas Tira impermeabilizante de neoprene Junta vertical Fig. 71: Detalle de juntas ventiladas dar continuidad a la aislación que proporcionan los paneles de hormigón celular. En efecto al rellenar la junta con hormigón se pierde aislación que debe ser repuesta, además por compresión absorberá cualquier movimiento de la losa. Un ejemplo de junta ventilada es la de la figura 71, la junta vertical permite ver el perfil de los bordes de los paneles que conforman un hueco o conducto vertical que antecede al relleno de la junta. La junta horizontal ventilada de la figura se conforma con la saliente del panel superior. Como veremos estos huecos o aberturas comunicadas al exterior que presentan estas juntas impiden el ingreso de agua cuando están correctamente sellados. El funcionamiento de las juntas ventiladas es muy distinto según se trate de una junta horizontal o una vertical. Juntas Horizontales El agua de lluvia empujada por el viento se mueve hacia el interior de la junta ventilada con una presión (q = [kg/m2] ) que puede expresarse como: q = (1/ 16) . v2 Esta expresión considera la densidad del aire a una temperatura de 15 °C. Siendo: v = la velocidad del viento en metros por segundo LLUVIA VIENTO Ranurado en forma de "tabla de lavar" h<q hq d d Selladores al exterior Al tratar las juntas interiores se hizo referencia a los selladores. El tipo a emplear en las juntas exteriores, en cambio, debe tener propiedades que a dichos selladores no se les exigía. Deben ser completamente estancos, resistir la radiación solar, el agua, el viento y mayores amplitudes de temperatura. Por su forma de colocación los podemos agrupar en: Junta horizontal q = Presión del viento h = altura de la junta ó escalón. d = espesor de la cámara ventilada (constante) Fig. 72: Mecanismo de ingreso de agua en las juntas ventiladas horizontales Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 150 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 151 19 mm 19 mm 19 mm 75 mm 100 mm 19 mm 63 mm 63 mm 63 mm 100 % 38 % Ingresa fácilmente el agua 0% Ingresa un 38 % del modelo de junta anterior 63 mm 0% 0% No se registró ingreso de agua en estos modelos de juntas Fig. 73: Juntas horizontales ventiladas. Ensayos de penetración de agua publicados por D. Bishop En la figura 72 se observa el mecanismo físico para la entrada de agua. La columna de agua que se forma en la junta horizontal es la que equilibra la presión del viento. Veamos un ejemplo, para una velocidad de viento de 80 km/h, la presión será: q = (1 / 16) . (80 / 3.6)2 = 31 kg/m2 Esta presión equilibra una columna de agua de 31mm sobre un m2 de superficie. Por lo tanto la presión del viento alcanza para sostener una columna de agua de 31mm por unidad de superficie de junta. Cualquier disminución de la sección en el interior de la junta, ya sea por errores de fabricación o de montaje provoca alteraciones en las secciones y por lo tanto en las hipótesis de las expresiones de cálculo, en consecuencia se debe tomar un margen de seguridad. Para ello se establece que la altura del escalón sea de 1.5 a 2 veces la altura de igualdad de presiones. En el ejemplo se debería disponer de un escalón de 4.5 a 6 cm de altura sobre la abertura horizontal. Este modelo de comportamiento desarrollado tiene validez para aberturas de juntas mayores a los 5 mm, para espesores menores se han observado fenómenos de capilaridad y bombeo ante los menores errores dimensionales. Son ilustrativos los ensayos publicados por D. Bishop que se muestran en la figura 73. Se ensayaron distintos tipos de juntas horizontales, al final de cada una se recogía el agua que la atravesaba. Los resultados se expresan como porcentaje del agua recogida referidos al primer tipo de junta ensayada, en otras palabras, en la primera junta pasaba cierta cantidad de agua, en la segunda un 38% de esa cantidad, y en la tercera y cuarta no penetraba agua. Juntas Verticales A diferencia de las juntas ventiladas horizontales donde una columna de agua actúa como freno a la penetración del agua, en las juntas verticales este freno no existe. Sin embargo los ensayos han demostrado las diferencias al Cortes horizontales mostrando el porcentaje de agua que llega a cada sección del panel 200 mm 5 5 0,4 % 5 100 % 0,3 % 0,8 % 5 17.5 mm 100 % 84,0 % 0,5 % 6,6 % 92,6 % 5 17.5 mm 100 % 19,7 % 17.5 mm 5 1,84 % 5 5 97,8 % 10 15,8 % 17.5 mm 5 200 mm 200 mm 5 80,0 % 200 mm Panel muro exterior Fig. 74: Juntas verticales ventiladas. Ensayos de D. Bishop de penetración de agua de lluvia Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 151 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 152 paso del agua según los perfiles que conforman la junta vertical. En la figura 74 se observan 4 tipos de juntas verticales con distintos perfiles ensayadas por D. Bishop. Los ensayos se realizaron proyectando agua a presión sobre las juntas y registrando el porcentaje de agua que se precipitaba en cada sección, de las cuatro en que se dividió la junta, y no seguía avanzando hacia el interior del muro. Así por ejemplo en la primera figura se observa co- Hormigón colado (in situ) EX TE R IO R LLUVIA Aislación VIENTO Cámara de descompresión ventilada Pierde velocidad y cae por gravedad Mínimo: 10 cm2 Ingresa el agua de lluvia Sellador protector de la aislación IN TE R IO R Sellado interior Aislación Panel de muro interior Panel de muro exterior Fig. 75: Junta vertical ventilada con cámara de descompresión Cortes horizontales 1 2 EXTERIOR 30 37 75 68 142 36 EXTERIOR 50 60 37 INTERIOR Impermeable hasta vientos de 100 km/hora Impermeable hasta vientos de 180 km/hora 3 4 EXTERIOR EXTERIOR 30 30 50 37 60 73 Impermeable hasta vientos de 80 km/hora Falló con vientos al llegar a los 65 km/hora Fig. 76: Juntas verticales ensayadas al agua, y viento por el INTI (Instituto Nac. de Tecnología Industrial) mo en los primeros 5 cm de la junta se precipita el 92.6% del agua que penetra en la junta. En los siguientes 5 cm se precipita el 6.6% del agua y finalmente entre los 10 y 15 cm se precipita el restante 0.8% del agua que ingresó en la junta vertical. Se observa que la última es la que retiene mayor cantidad de agua en la primera sección de 5 cm. Ese orificio o ensanche es conocido como cámara de descompresión y consiste en un aumento de la sección en la junta vertical. Al estar comunicada con el exterior esta cámara se encuentra a la misma presión que la cara del muro azotada por el viento, luego al no existir diferencia de presiones el agua pierde impulso y cae, justamente por la cámara que también oficia de drenaje. Ver figura 75. La cámara de descompresión consigue anular la presión del viento, siempre y cuando cumpla dos requisitos: primero estar vinculada al exterior, y por tanto tener oportunidad de evacuar el agua, y segundo tener una sección de por lo menos 10 centímetros cuadrados. En nuestro país el departamento de Construcciones del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), realizó una serie de ensayos para constatar la efectividad de distintos tipos de juntas ventiladas. Las secciones analizadas son las que se presentan en la figura 76. Como se observa en la parte posterior de las juntas ensayadas no se encuentra ningún sellador o relleno, de tal manera que se podía ver a través de la junta. Contra lo esperado, al realizar el ensayo simulando la lluvia y un viento de 100 km/h, no se registró ninguna filtración en la junta 1, la junta 2 resistió sin filtraciones hasta los 180 km/h. Sin embargo la junta 3 que en apariencia es igual a la junta 1, mostró filtraciones a una velocidad de viento menor: a los 80 km/h. La diferencia de comportamiento se debe al distinto diámetro que presenta la junta 3. En efecto un aumento en la sección de la cámara resultó perjudicial, para paneles de alrededor de 14 cm de espesor, como los ensayados, el diámetro ideal resultó el de 37 mm. Finalmente el ensayo mostró los peores resultados para la junta 4. El agua se infiltró a los 65 km/h, contribuyó a esto el borde liso de uno de los paneles que conforman la junta. Juntas ventiladas cerradas Consisten en sellar exteriormente las juntas ventiladas. Si bien son satisfactorios los ensayos analizados, en la práctica para asegurar su funcionamiento, se sella la junta del lado exterior, pero siempre dejando orificios para su drenaje y ventilación. La figura 77 ilustra una junta vertical, ventilada y cerrada. Sirviendo de sellador exterior se colocó un tubo de PVC, que se introduce en improntas de los bordes de los paneles y se ajusta al posicionarlos. Luego se encuentra Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 152 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 153 Sellador protector de la aislación Cámara de descompresión que ventila al exterior Aislación 15 a 30 mm EXTERIOR Tubo de P.V.C. 15 a 30 mm Mortero colado (in situ) Cámara de descompresión Aislación Panel de muro exterior Panel de muro interior Fig. 77: Junta vertical exterior ventilada cerrada a) EXTERIOR 5 4 1 6 2 3 4 2 16 b) Detalle perfil tipor a) mostrando las ranuras tipo "tabla de lavar" c) EXTERIOR EXTERIOR 5 4 3 7 3 1,5 4 7 2 16 11 d) EXTERIOR 1: Lámina elástica de sellado 5 3 2: Sellado 9 3: Protección de aislación 16 4: Aislación Sin cámara de descompresión 5: Cámara de descompresión Fig. 78: Ensayo de distintas juntas verticales ventiladas Fig. 79b: Perfiles conformados para juntas, con apoyo en bordes de los paneles la cámara de descompresión y al final el sellado, el aislante térmico y la terminación interior. El sellado exterior de la junta también se puede realizar con bandas de materiales plásticos. En el Instituto de Ensayos de la Construcción de Trondheim, Noruega se ensayaron las juntas de este tipo que se observan en la figura 78. En las juntas a, b, c se dispusieron distintos tipos de cámaras de descompresión tras la cinta de sellado. La cámara de la junta a) es algo especial, el ensanche del corte corresponde a acanaladuras con pendiente como se observa en la perspectiva, en b) y c) difiere el tipo de secciones de las cámaras, sin embargo en los tres casos el comportamiento de la junta ha sido correcto. El comportamiento de la junta d), que no tiene cámara de descompresión, fue deficiente, en efecto, a los quince minutos de ensayarla con agua a presión simulando la lluvia con viento, se registró humedad en la cara interior de la junta. Existe otro tipo de sellado con burletes o perfiles elásticos. De la gran variedad que ofrecen los fabricantes de estos productos, se presentan algunos en la figura 79. Allí se observan distintas soluciones para juntas verticales; en el grupo a) se tienen juntas que se ajustan sobre los bordes de los paneles directamente. En el grupo b), en cambio se requiere que una parte del sellador se integre a los bordes de los paneles. También se han desarrollado burletes para las juntas horizontales, como los del esquema de la figura 80. Entre los materiales que se utilizan están el Neopreno, el PVC, también se han empleado metales como el acero inoxidable, latón y cobre. Algunos simplemente se colocan desde el exterior. Al adoptar estas soluciones se debe asegurar que no sea fácil extraerlos o dañarlos y que en el caso de que ello ocurra los moradores sepan que hay que reponerlos inmediatamente. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 153 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 154 EXTERIOR EXTERIOR mín. 50 10 Perfil posicionado en la junta máx. Fig. 79a: Perfiles conformados para juntas, aplicados desde el exterior Las juntas en sistemas europeos de grandes paneles En las figuras 81 a 87 se observan las juntas básicas que definen a sistemas europeos, empleados en un gran número de viviendas. Como se advirtió al principio del capítulo, el espesor de los paneles es superior al promedio de los usados en nuestro país. Estos mayores espesores permiten desarrollar con comodidad las soluciones de las juntas. La figura 81 describe uno de los sistemas desarrollados por el Ing. T. Koncz para la empresa italiana SACIE, el sistema SACIE-KONCZ utilizado en el norte de Italia. La junta horizontal exterior muestra cómo los bordes superior e inferior de los paneles del muro, forman un machihembrado que facilita el montaje. En efecto, una vez colocada la losa de entrepiso queda una saliente del pa- 3 1 2 3 1 2 3 Junta horizontal 1 Burlete horizontal 2 Burlete vertical 3 Lámina Junta vertical Axonométrica Encuentro de juntas horizontal y vertical Fig. 80: Burlete para junta horizontal nel inferior para guiar al superior. La junta facilita la colocación del suplemento de aislante que salva el puente térmico del apoyo de losa. La junta horizontal exterior es ventilada y abierta. La altura del escalón y su espesor, impiden el ingreso del agua. Para asegurar además la estanquidad al viento se coloca el sellador compresible. La junta horizontal interior es del tipo llena y húmeda, la que es ejecutada con hormigón “in situ”. En cambio la junta vertical que da al exterior es ventilada y cerrada; en este caso el cierre se realiza a través de un sistema de perfiles conformados que se adhieren a cada panel y al juntarse forman el cierre hidráulico. Tras el perfil de sellado existe un hueco que se comporta como un drenaje para cualquier filtración. Se completa con un sellador sintético a nivel de las aislaciones. Finalmente la junta vertical interior sigue el mismo criterio que la horizontal interior y se resuelve como junta llena hormigonada en el lugar. La figura 82 muestra al sistema de origen danés Larsen y Nielsen. El espesor de los muros exteriores es de 25 cm., mientras el anterior era de 23 cm., la aislación es de 5 cm. de poliestireno expandido. Como se puede apreciar en la junta horizontal exterior, la aislación no se interrumpe por el apoyo de la losa. Efectivamente lo que en el sistema anterior era colocado en obra como suplemento de aislación, en este caso esta incluido en el panel inferior. Esta ventaja de no tener que controlar su colocación en toda la obra, obviamente tiene un costo en la complicación adicionada en el moldeo de los paneles. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 154 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 155 SISTEMA SACIE-KONZC (Italia) Aislante de poliestireno expandido Panel de hormigón armado Fig. 81 Sellador compresible 1 Suplemento de aislante Fig. 82 Panel exterior de hormigón armado Mortero de asiento Fibra de vidrio Capa exterior Losa EXTERIOR Hormigón "in situ" Aislante de poliestireno expandido Espiga de nivelación Losa EXTERIOR Mortero de asiento Armadura de unión SISTEMA LARSEN & NIELSEN (Dinamarca) Cara portante 7 Cara de protección Junta horizontal exterior 7 4 12 6 Junta horizontal exterior Panel interior de hormigón armado portante Muescas 6 5 14 Muro superior Armadura de unión 3 Mortero de asiento 8 3 Mortero de asiento 18 Hormigón de relleno Hormigón "in situ" Losa de hormigón 1 5 Junta horizontal interior 6 Muro inferior Junta horizontal interior 16 Muescas Capa exterior Paneles exteriores de hormigón armado Mortero sellador Mortero de asiento Hormigón "in situ" Sellador sintético Aislante de poliestireno expandido Cinta para juntas Perfil conformado de plástico Pared interior Hormigón de relleno Fibra de vidrio Armadura de rigidización de juntas Armadura de anclaje Junta vertical exterior 6 5 14 Junta vertical exterior Mortero sellador Hormigón "in situ" Panel interior de hormigón armado 2 hierros ø 10 Junta vertical interior Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Armadura de rigidización de juntas Hormigón de relleno Paredes interiores Armadura de anclaje Junta vertical interior 155 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 156 SISTEMA LENZ (Alemania) SISTEMA CAMUS (Francia) Fig. 83 Panel de hormigón de piedra pómez Fig. 84 Revoque interior Poliestireno Lámina plástica Sellador Losa 15 Sellador Mortero de asiento Hormigón "in situ" Armadura de anclaje Revoque cielorraso Mortero de asiento Hormigón "in situ" Armadura perimetral para el anclaje 14 Revoque exterior Losa Aislante 10 Junta horizontal exterior Junta horizontal exterior 14 24 28 Revoque interior Panel de hormigón de piedra pómez Muro superior de hormigón Losa Mortero de asiento Hormigón "in situ" Hormigón "in situ" Armadura de anclaje 14 15 Mortero de asiento Muro inferior de carga Junta horizontal interior 16 Junta horizontal interior 28 Panel de hormigón de piedra pómez Capa portante Masilla exterior para juntas Styropor Hormigón "in situ" Armadura de junta Tabique interior Tubo cierrajuntas 16 28 Aislante Capa exterior Hormigón "in situ" Armadura de anclaje Aislante Estribos de armado Junta vertical exterior Junta vertical exterior 24 Hormigón "in situ" Armadura de anclaje 28 Styropor 16 Armadura de junta Armadura de anclaje Aislante Tabique interior Tabique interior Masilla exterior para juntas Junta vertical de esquina exterior Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Junta vertical interior 16 156 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 157 En esta junta se observa un perno de nivelación para facilitar el posicionado del panel superior. Es una junta ventilada abierta, sellada con un cordón compresible de fibra de vidrio. A diferencia del sistema precedente, el escalón donde la junta termina a un nivel superior que la losa, en este caso lo hace al mismo nivel, lo cual es una ventaja ante cualquier fallo de la junta. Efectivamente si el agua atraviesa la junta de la fig. 81 tiene la posibilidad de acumularse en el suplemento de aislación y filtrarse al interior movida por la gravedad. La del sistema Larsen en cambio, para ingresar al interior no contará con la ayuda gravitatoria. En ambos sistemas el diseño es correcto, sin embargo el dinamarqués ofrece una segunda línea de defensa de mayor eficiencia. El sistema alemán LENZ de la figura 83, a diferencia de los anteriores donde los paneles eran de hormigón convencional, se emplea un hormigón de agregado liviano: piedra pómez. Por el tipo de material del panel se requiere revocar las caras interiores y exteriores. La capa exterior de revoque deberá incorporar la aislación hidrófuga. La junta horizontal exterior es llena, se materializa con el mortero de asiento y un sellador al exterior. Ante el posible fallo de este último el gran espesor del muro y la capacidad de retener agua del hormigón de piedra pómez constituyen una barrera al ingreso ocasional de agua de lluvia. En este sistema el gran espesor del muro responde a dos razones; en primer lugar al no colocar aislante sintético, como fue el caso de los dos anteriores, se obtiene la aislación con el espesor del muro. En segundo lugar la resistencia del hormigón de piedra pómez es menor que la del convencional y por lo tanto se necesita mayor espesor para soportar similar carga. El encadenado sobre el panel de muro inferior y a nivel de la losa, que se ejecuta con hormigón convencional, provoca un puente térmico que es resuelto con el agregado de una plancha de aislante sintético, por ejemplo poliestireno expandido. En la junta vertical exterior se emplea la misma técnica para cortar el puente térmico, donde en la junta horizontal teníamos mortero de asiento en el panel superior y el inferior, acá se coloca un material compresible como el poliestireno expandido para ajustarse entre los paneles contiguos y sirve de apoyo para el sellador. El uso de este tipo de juntas llenas y su correcto funcionamiento sólo es posible si el hormigonado in situ es ejecutado con material de mínima retracción. En efecto si al fraguar ese relleno se contrae, aparecen fisuras que serán vías de ingreso de agua ante cualquier imperfección o envejecimiento del sellador exterior. Además este relleno no debe presentar oquedades. El sistema CAMUS que se ilustra en la figura 84 ha tenido amplia difusión no solamente en Francia y sus ex colonias, sino también en Latinoamérica. La junta horizontal exterior es ventilada pero cerrada con un sellador, además tiene una lámina que protege el borde del panel inferior. Por lo demás es similar al visto en la figura 80. En la junta vertical exterior se observa que es ventilada cerrada y que una plancha de aislante sella la cámara de descompresión y sirve para que el relleno de hormigón no se introduzca en el hueco ventilado. Esta junta y también la vertical interior dejan a la vista que para materializarlas se deben colocar encofrados que permitan efectuar el hormigonado del relleno, que en esta ocasión queda a la vista. Los sistemas anteriores no necesitaban de ningún encofrado siendo los mismos bordes de los paneles los que contenían el relleno. Esta complicación de contar con piezas adicionales que se deben fijar antes de ejecutar la junta, tiene una ventaja económica. Justamente al no ser los mismos paneles los que actúan de encofrado, el posicionamiento de estos no debe ser tan preciso, y esto representa ahorro de tiempo de grúas. De la misma manera la exactitud en las dimensiones de los paneles ya no será tan importante, pues el tipo de junta permite absorber las variaciones en más o en menos en el largo de los paneles. El fabricar paneles con una tolerancia amplia permite un mayor uso de los moldes y que éstos sean menos costosos, con lo cual se reducen los gastos de amortización de los mismos. La figura 85 es del sistema ESTIOT-HOCHTIEF de origen francés (Estiot) y empleado en Alemania por la firma Hochtief. Como en el caso anterior, se trata de paneles de hormigón convencional con una capa aislante de poliestireno expandido. Tiene algunas cosas en común con el sistema Camus, como por ejemplo el empleo de la junta horizontal exterior llena. Sin embargo, el sellado de la junta se produce por debajo del nivel de la losa, que como se analizó en el sistema Larsen y Nielsen, constituye una segunda línea de defensa ante el fallo del sellador. Las juntas de este sistema necesitan también de pequeños encofrados para realizar el llenado. Si se observan las juntas verticales se notará que tienen un original sistema de realizar la unión, a través de perfiles metálicos que se atornillan y quedan incorporados dentro del relleno de la junta. Este sistema de perfiles ayuda a posicionar correctamente los paneles que apoyan en esa especie de apeos que tiene el perfil principal. Cada panel que concurre a la junta vertical tienen incorporado desde el momento de su moldeo un perfil que ajusta perfectamente en las posiciones que tiene el perfil hueco que se coloca en el centro de la junta. Este sis- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 157 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 158 SISTEMA COIGNET (Francia) SISTEMA ESTIOT-HOCHTIEF (Francia) Fig. 85 Fig. 86 Capa exterior Cinta para juntas Aislante de poliestireno expandido h Relleno de hormigón Mortero de asiento Masilla elástica para juntas Masilla elástica para juntas Poliestireno expandido Fieltro de apoyo Bulón de nivelación Armadura perimetral h: según las exigencias estáticas Aislante de poliestireno expandido Armaduras dobladas Capa interior 19 a 23 5 Losa EXTERIOR 5 15 Relleno de hormigón Capa exterior Junta horizontal exterior 25 Junta horizontal exterior Muro superior Losa Fieltro de apoyo 5 Junta horizontal interior Armaduras dobladas Bulón de nivelación 19 a 23 Panel interior portante Aislante de poliestireno expandido Panel interior Relleno de hormigón Panel exterior portante Relleno de hormigón "in situ" Perfil hueco de soporte Masilla elástica para juntas Elementos de unión 14 Junta horizontal interior Masilla elástica para juntas Poliestireno expandido Cámara de descompresión Capa exterior Junta vertical exterior Losa Relleno de hormigón 14 Muro inferior Mortero de asiento 15 10 a 19 Muro de carga superior Aislante de poliestireno expandido 19 a 23 Panel interior 25 Junta vertical exterior Masilla elástica para juntas Perfil hueco de soporte Panel interior 14 Relleno de hormigón Panel interior Relleno de hormigón "in situ" Panel interior de hormigón Elementos de unión Panel interior Junta vertical interior Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Junta vertical interior 14 158 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 159 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell SISTEMA COSTAMAGNA (Francia) Fig. 87 Panel cerámico Losa "in situ" 15 Mortero de asiento Mortero de cemento plástico Suplemento de aislación Hierros perimetrales Estribo de montaje Muro exterior Junta horizontal exterior 25 22,5 Panel cerámico Mortero de asiento 11,5 Hierros perimetrales Tablero de piso de hormigón Cámara de descompresión Panel cerámico de muro exterior Hormigón de relleno Repaso posterior de la junta 15 Sellador 25 Junta horizontal interior Junta vertical exterior Hormigón de relleno Repasos posteriores de las juntas 15 tema, si bien requiere una mayor precisión en la fabricación de los paneles la que necesitaban los del sistema Camus, tiene a su favor la ayuda de los perfiles que actúan como guías para el montaje. Sin duda las perforaciones en los perfiles para la ubicación de los pasadores tienen mucha tolerancia, pero así y todo requieren un grado de precisión que los paneles de Camus no necesitan. En la figura 86 se muestran las juntas típicas del sistema COIGNET. Este es un sistema que requiere grandes inversiones en la planta de fabricación, para obtener paneles de dimensiones muy precisas. Como puede observarse en las juntas verticales, en especial la externa, cualquier desvío de las medidas proyectadas ocasiona un mal funcionamiento de la junta. Por ejemplo, la cámara de descompresión de esta junta ventilada cerrada depende para su funcionamiento de que la sección no presente mayores variaciones de sección a lo largo de la misma. En la junta horizontal exterior cualquier desvío de las dimensiones que provoque un estrechamiento del escalón de la misma, posibilitará que se produzca el fenómeno de bombeo que le permite al agua vencer el desnivel del escalón. Completando el panorama de los sistemas europeos que se ha elegido para ilustrar el tema de juntas en los grandes paneles, tenemos en la figura 87, el sistema francés COSTAMAGNA. Como se vio al tratar los materiales empleados en la elaboración de paneles, este sistema utiliza los bloques cerámicos unidos por hormigón. La cerámica es adecuada por su capacidad resistente, buena aislación térmica que permite evitar el uso de aislantes sintéticos para alcanzar los valores requeridos. Esto se consigue con una adecuada disposición de los bloques en dos capas, de tal manera que no se generen puentes térmicos a través del hormigón que los une. La estructura porosa de la cerámica le permite al hormigón alcanzar una excelente adherencia. La junta horizontal exterior no se ajusta a las descriptas y clasificadas hasta este punto. Después de posicionado el panel inferior y la losa, que puede ser ejecutada “in situ”, se coloca sobre ésta una capa de mortero seco y donde termina este mortero de asiento, una manguera de goma que sirve de contención para que el mortero no se desplace al exterior al colocar el panel superior. Puesto en su sitio el panel superior, se procede a quitar la manguera. Al finalizar el montaje de todos los paneles del edificio y al haber entrado todos en carga, se sella la junta del lado exterior, como se ve en la figura, con un mortero plástico, quedando al final de este un hueco, donde antes había estado la manguera. Otro tanto ocurre en la junta vertical exterior. En este caso si está vinculada al exterior se transforma en una cá- Junta vertical interior 159 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 160 Consideraciones finales sobre las juntas en los sistemas de grandes paneles En los ejemplos de juntas, figuras 81 a 87, que hemos mostrado para ilustrar los conceptos teóricos de las mismas hemos omitido los sistemas nacionales, que a continuación serán objeto de una descripción más completa. Somos conscientes de que los sistemas descriptos, por sus espesores, no son y no han sido competitivos en costos para nuestro país. Sin embargo estos sistemas por regla general no han tenido problemas de juntas. En nuestro medio se ha buscado siempre el menor espesor posible del panel y a partir de allí se ha buscado solucionar la junta. A nuestro parecer este camino de fijar el espesor y trabajar sólo sobre la junta, no es correcto. En ciertos climas fríos de nuestro país puede ser que un panel de espesor mínimo cumpla los requisitos de aislamiento y ausencia de condensación; sin embargo con ese espesor ocurre que es difícil resolver correctamente una junta, y que sea resuelta sólo en la teoría y no sea practicable en obra. Como lo expresamos en el primer capítulo, los sistemas de grandes paneles en Europa, tuvieron su momento de esplendor con los planes plurianuales de construcción de conjuntos de viviendas en diversos países. Es decir en viviendas repetitivas, con lo cual se amortizaban las inversiones de moldes. Hoy en día esas premisas han cambiado y por lo tanto es ciertamente más difícil amortizar moldes y equipos. Esto conduce a que las juntas más comunes sean las llenas que permiten una tolerancia mayor en las dimensiones de las piezas y por lo tanto requieren moldes de menor calidad y más simples. También la experiencia ha mostrado que el montaje correcto de paneles con juntas ventiladas ha sido complicado de controlar. En nuestro país las juntas ventiladas abiertas no han tenido éxito. No por ser teóricamente ineficientes sino por errores de ejecución. Ciertamente una junta ventilada abierta necesita espesores de capa exterior y de aislación importantes para desarrollarse; y la certeza del conducto siempre limpio y sin posibilidades de obstrucciones. más comunes, y en la figura 14, se nombró el tipo de uniones requeridas. Básicamente en los grandes paneles los esfuerzos son transmitidos por uniones puntuales o bien por uniones continuas que se desarrollan a lo largo de la junta. Uniones puntuales Según la forma de transmitir esfuerzos de las armaduras de un panel a otro las podemos agrupar a las uniones puntuales en: a) Las que se realizan mediante el empalme de las armaduras de los elementos a unir, la unión se completa con el colado del mortero o “grout” que materializa el empalme. En la figura 88 se observa cómo la armadura del panel inferior se empalma con la del superior. Para que sea eficiente la unión se debe tener un hueco lo suficientemente grande como para colar el mortero, y además este mortero debe tener aditivos superfluidificantes para que el llenado sea completo. Otros tipos de unión son los que se muestran en la figura 89. Es tanto aplicable para paneles de losas como de muros, el empalme se realiza en una junta de un espesor importante, de por lo menos la longitud de empalme. Se requieren encofrados auxiliares para llenar la junta. Esta forma de empalmar permite un mayor control sobre su correcta ejecución al tener a la vista las armaduras y verificar su llenado. b) Con el empleo de soldadura se le da continuidad a las armaduras. En la figura 90 se observan distintas posibilidades de soldado directamente entre las armaduras o empleando un elemento intermedio que facilita el trabajo del soldador. Si los esfuerzos son importantes, la unión por soldadura tiene que ser ejecutada por un soldador especializado y la misma ser controlada por personal capacitado. Las uniones soldadas son de uso muy frecuente en los premoldeados de hormigón que se emplean para naves industriales o de grandes construccio- Uniones Lo que define a las uniones de los grandes paneles es su capacidad de transmitir los esfuerzos. Naturalmente la uniones son las encargadas de que el esquema estructural elegido funcione como fue proyectado. Al principio de este capítulo se ilustraron las estructuras Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 15 Panel de muro superior Hueco de diámetro 60 mm Mortero colado "in situ" Panel de losa Conducto para colado Longitud de empalme 12,5 mara de descompresión o drenaje. Continuando con la junta vertical exterior, el relleno de hormigón debe ser seco y realizado en capas, con varillado entre las mismas. Armadura a la que se desea dar continuidad (objeto de la unión) Panel de muro inferior Fig. 88: Unión de empalme entre muros de distintos pisos 160 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 161 Longitud de empalme Hormigonado usando encofrados laterales Panel de hormigón Armadura a unir Panel de muro superior Hueco para roscar Armadura vertical Armadura del panel Tipo 1) por solape de armadura de los paneles Hormigonado "in situ" Panel de hormigón Armadura a unir Mortero de asiento Armadura de unión Tuerca anclada en el panel en su fabricación Panel de muro inferior Armadura vertical Tipo 2) con agregado de armadura Fig. 91: Unión por bulones Fig. 89: Unión de empalme entre muros de distintos pisos (Corte horizontal) Panel de muro Armadura del panel 120 30 Mortero de asiento Armadura a vincular 50 Unión de soldadura 15 100 100 Planchuela incorporada al panel al fabricarlo Hueco en el panel (se rellena "a posteriori") Armadura de anclaje de la planchuela Panel de muro inferior a) Unión soldada de paneles de muro Planchuela moldeada con el panel Losa Panel de muro Planchuela soldada "in situ" (con armadura soldada previamente) Armadura a vincular Junta hormigonada "a posteriori" b) Unión soldada de losas Fig. 90: Distintos tipos de uniones soldadas nes. Cuando se tiene un gran número de uniones, como ocurre en los edificios de viviendas, los costos de muchas uniones ejecutadas por un operario calificado pueden ser demasiado elevados, comparados con las ejecutadas por personal no calificado. El sistema Estiot, ver figura 85, contempla la soladura como forma de unión entre el perfil de junta y el del panel, esta soldadura es sólo parte de la unión, porque en realidad también colaboran el anclaje del perfil con el pasador. c) El empleo de bulones también permite dar continuidad a las armaduras (figura 91). Los bulones y sus tuercas correspondientes necesitan de piezas complementarias como arandelas, anclajes de las tuercas, etc. Ciertamente el empleo de estos pernos roscados requiere una mayor precisión en el moldeo, de tal manera que se acoten perfectamente los agujeros por donde pasan los bulones. Se debe contemplar la posibilidad de ajuste de estos tornillos, es decir la posibilidad de colocar la herramienta de apriete y poder moverla. Desde luego, estas uniones deben ser cubiertas con mortero para preservarlas de la corrosión. El empleo de las uniones roscadas tiene a su favor que es sencillo controlar su ejecución en obra. La persona encargada simplemente debe ver que se colocó el bulón y no controlar la calidad de la soldadura como en la unión anterior. La fabricación de paneles donde los insertos y los orificios deben coincidir debe ser cuidadosa, lo mismo que su montaje; de lo contrario será imposible ejecutar las uniones en obra. En los últimos años, con la difusión masiva de las resinas epoxi y con la calidad de los taladros para el hormigón, se han comenzado a desarrollar soluciones muy interesantes con el empleo de los pernos roscados. Uniones continuas En las figuras 81 a la 87 se observa la forma corriente de ejecutar las uniones entre paneles de muros y los paneles de losas. El principio general es dejar la armadura en espera en los bordes de los paneles que se complementan con armadura en la junta que luego será rellenada. Finalmente, en la figura 92 se observa una junta continua que puede ser aplicada tanto entre paneles de losas como de muros y es la forma ideal pa ra transmitir los esfuerzos de corte. Consideraciones sobre las uniones Cualquiera sea el tipo de unión adoptada para un sistema constructivo, tiene que ser revisada para cada proyecto en particular. Si bien al definir una junta esta nos permite cubrir la totalidad de las viviendas, las uniones al estar supeditadas al cálculo estructural pueden variar al cambiar la planta de arquitectura de un edificio, pues luces, excentricidades, altura de piso, etc. modifican el esquema de las acciones sobre los paneles. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 161 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 162 1 ø 16 2 14 2 4 estribos ø 8 Estribos de unión ø 8 45° 12.5 12.5 Rebajas en bordes del panel La falla accidental en un daño local… Falla por Falla por exceso de carga falta de apoyo Caída de panel portante por explosión de gas Fig. 92: Unión de empalme entre muros de distintos pisos …provoca el colapso Fig. 93: Unión de empalme entre muros de distintos pisos En este sentido se debe destacar que las normas para cálculo de estructuras de grandes paneles establecen además de las cargas usuales, la previsión para el caso de que por algún motivo desaparezca un panel. En la fig. 93 se ve el esquema que debe verificarse, es decir que no colapse la estructura si desaparece un panel. En Londres en la década del ‘70 se produjo el colapso de un sector de un edificio de viviendas, cuando el estallido de una garrafa provocó la voladura del panel de fachada donde se apoyaban otros. En la foto de la fig. 94, se observa cómo un edificio construido con el Sistema Francés Tracoba en Argelia soportó sin colapso la destrucción de un panel portante en planta baja, con una bomba, en un atentado terrorista. Fig. 94: Estructura de grandes luces que sobrevivió a la voladura de los paneles inferiores en Argelia (Sist. Tracoba) La fabricación de grandes paneles La fabricación de los grandes paneles, se basa en el empleo de la máquina más sencilla: el molde. Los moldes son, en su mayor parte, de chapa de acero de por lo menos 3 mm de espesor. Ver figura 95. Existen también moldes de hormigón, madera, fibra de vidrio entre otros, y por supuesto la combinación de fondos de moldes de un material y los laterales de otro. Los moldes de madera tienen a su favor lo sencillo y económico que resulta el proceso de darle forma. En los bordes de los moldes, la madera se adecúa perfectamente cuando se requieren perfiles complicados. Se emplean tablones o tirantes de pino, alguna madera dura para los bordes, o tableros fenólicos. Una de las desventajas de los moldes de madera es su poca vida útil, la media de uso de estos moldes es de 30 a 40 empleos. No se emplean clavos sino pernos y cuñas para su ajuste. Es grande la dispersión en las medidas de los paneles obtenidos con estos moldes. Su uso está restringido a la fabricación de pequeñas series de elementos. Los moldes de acero, son sin duda los más apropiados para la producción de series importantes de premoldeados. Las chapas corrientemente utilizadas son de 3 a 5 mm de espesor, con refuerzos de perfiles laminados o de chapa plegada. La duración de estos moldes varía según su sistema de armado y desarmado, del espesor de Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 162 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 163 Fig. 95: Moldes de acero para grandes paneles La estabilidad dimensional de estos moldes los hace especialmente indicados para producir elementos que requieren dimensiones de poca dispersión. La terminación que se puede obtener con estos moldes es similar a un acabado de yeso. Superficies de hormigón se emplean como fondos de moldes, y los laterales se resuelven con bordes de madera o metálicos. Al igual que la madera, con el uso se deterioran rápidamente, sin embargo su bajo costo lo hace atractivo. Cuanto más delgada sea la pieza a moldear, mayor la duración del fondo de hormigón. Con precauciones en la forma de vibrado y en la unión de los laterales, puede alcanzar alrededor de 200 usos. Los moldes de PRFV (poliéster reforzado con fibra de vidrio) tienen su aplicación en piezas pequeñas donde se aprovecha la capacidad del material para adquirir las formas más diversas. Tiene además como ventaja la resistencia de este material y el ofrecer superficies sumamente lisas. Otros moldes que se emplean son los que dan algún relieve (símil ladrillo, tingladillo, piedra) a las superficies, en estos casos es frecuente el uso de aluminio y caucho. Las cualidades que deben cumplir todos los moldes son: estabilidad dimensional, posibilidad de desencofrado simple y facilidad de maniobra en el armado y desarmado. Elección Fig. 96: Molde de chapa de acero, permite gran número de usos. Desmolde de paneles la chapa, de su mantenimiento, etc., pero no debería ser menor a 400 usos, alcanzando en condiciones óptimas los 1000 usos. Ver fig. 96. Estos moldes metálicos son normalmente más caros que los de madera, necesitan de series mucho mayores para ser amortizados. La elección de los moldes siempre se plantea en el aspecto técnico y desde luego en el económico. La calidad y precisión de las piezas son el punto de partida técnico que deben satisfacer los moldes. Al abordar el ámbito económico se analiza el costo de fabricación de los moldes, su vida útil y la posibilidad de su amortización. Para tomar esta decisión se deberá conocer la cantidad de piezas a fabricar, el tiempo en que serán colocadas en el mercado y el precio que éste pagará por ellas. Algunos tipos de moldes permiten fabricar varios tipos de piezas con ellos, esta versatilidad puede tener un costo inicial mayor, pero se compensa al tener mejores posibilidades de amortización. El costo de maniobra es también decisivo. En efecto, al ser el molde una máquina destinada a ahorrar tiempos, la facilidad y velocidad con que el operario lo arma y desarma, con que se cuela el hormigón y se desencofra la pieza, deben ser consideradas en los costos de producción. Si este costo es elevado, para completar la amortización se requerirán mayor número de usos. Los distintos tratamientos de calor para “curar” la pieza están relacionados con el tipo de molde y también las posibilidades de vibrado. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 163 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 164 Vibrado Para facilitar el llenado de los moldes y conseguir una distribución uniforme del hormigón, se realiza el proceso de vibrado. Hay que tener en cuenta al vibrar el hormigón, la viscosidad plástica de la masa, que es la que facilita o entorpece el vibrado. Esta característica del hormigón depende de la granulometría de los agregados, de la relación agua-cemento y de los aditivos. Los vibradores se agrupan de acuerdo a su frecuencia y amplitud y según apliquen la vibración interna o externamente. El vibrado a baja frecuencia facilita el llenado de los moldes y la alta frecuencia favorece las terminaciones sin huecos. Vibración interna Se utilizan elementos cilíndricos de diámetros que van desde los 5 cm hasta los 15 cm, recubiertos con caucho, en cuyo interior vibra una varilla. Estos elementos se introducen en los moldes y se va recorriendo la masa del hormigón comunicándole movimiento. Estos vibradores usan principalmente el moldeo vertical. Ver figura 97. Fig. 97: Vibrador interno Vibración externa Se realiza a través de moldes y mesas vibrantes, es la forma recomendada para la vibración de paneles, debido a que no depende de la voluntad o habilidad del operador que maneja el vibrador. Los vibradores deben estar firmemente fijados al molde y éstos a su vez, deben ser lo suficientemente robustos como para resistir el vibrado. La colocación del o los vibradores debe ser tal, que la vibración alcance de manera pareja a todo el elemento. La mesa vibradora es una plataforma de chapa de acero, rigidizada con perfiles, sus apoyos le permiten movimientos elásticos que le trasmite algún dispositivo de vibrado. Sobre este fondo de chapa se colocan los moldes laterales, que pueden ser fijos o móviles. Una opción para las mesas vibrantes son las que tienen un mecanismo que les permite girar con un eje, contenido en su plano. Son las conocidas como mesas basculantes o pivotantes (ver fig. 98), tienen la ventaja de permitir un desencofrado simple. Efectivamente, si el panel es de muro, no estará sometido a flexión en su plano sino que al ser desencofrado trabajará como en su definitiva ubicación. Vibración superficial Consiste en una compactación que se puede usar combinando con los métodos anteriores. Si el elemento es de poco espesor puede ser la única forma de vibrar . Básicamente existen de dos tipos: las reglas vibradoras y Fig. 98: Molde horizontal basculante o rebatible, con vibradores de mesa placas vibradoras. Las primeras se deslizan sobre los bordes de los moldes, o sobre rieles paralelos a éstos, avanzando la regla con un pequeño ángulo sobre la superficie del hormigón. Las reglas en general son perfiles metálicos. Las placas vibradoras se emplean sobre hormigones más secos, de lo contrario se produciría el hundimiento de las mismas en el material. Tratamiento térmico La velocidad con que las piezas premoldeadas alcanzan la resistencia que permite desmoldarlas es económicamente muy importante, será así posible alcanzar la máxima eficiencia en el empleo de los moldes. La velocidad de fraguado se puede incrementar aumentando la temperatura de la pieza. Las formas más comunes para aumentar la temperatura son el empleo de: • Vapor a presión atmosférica. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 164 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 165 Fig. 99: Molde con panel que ha finalizado su curado cubierto con manta de polietileno Fig. 100: Molde horizontal con tapa, que calefacciona la cara superior del elemento moldeado • Vapor con presión (en autoclave). • Por circulación de agua o aceite por los moldes. • Otros: mantas térmicas, calentamiento eléctrico de armaduras, moldes o delgados alambres perdidos en la masa del hormigón, etc. El curado con vapor a presión atmosférica significa exponer a la pieza a un ambiente con vapor, con lo cual recibe calor y humedad. Este método de curado permite alcanzar en pocas horas la resistencia que en condiciones normales se alcanzaría en varios días. Sin embargo, se debe tener en cuenta que toda aceleración en este proceso de curado repercute en forma de una disminución de la resistencia final que alcanza el premoldeado. El curado con vapor a presión atmosférica es un procedimiento sencillo pero de difícil control. La forma usual y económica de hacerlo es cubriendo el molde con una carpa o toldo inyectando vapor a través de mangueras. La carpa puede ser de polietileno. Ver figura 99. El vapor es generado por una caldera y distribuido por un sistema de cañerías subterráneas que llega a las proximidades de cada molde. La complicación en el control del proceso, radica en que el vapor se distribuya en forma pareja y no se produzcan concentraciones de calor. Si el moldeo de los paneles se realiza en cadena, es decir existe una línea de moldes que se desplazan, es posible efectuar este tipo de curado en un “túnel” por donde circulará la pieza en su molde. Este túnel será un recinto saturado de vapor y a temperatura controlada. El curado con vapor a presión requiere instalaciones que aseguren justamente esa presión, es usado en las piezas de hormigón gaseoso, y constituyen un gasto muy importante en la inversión de la fábrica. Proporcio- na un gran control sobre el proceso y asegura que el elemento no pierda humedad. El curado por circulación de agua o aceite caliente, funciona de la misma manera que la calefacción domiciliaria, el equivalente de los radiadores o serpentinas de cañerías, se colocan bajo los moldes y elevan su temperatura. Una caldera y una bomba inyectan el fluido caliente que recorre el circuito. Al no proporcionársele humedad al hormigón se debe asegurar que no haya evaporación, cubriéndolo. Existen moldes con una tapa a través de la cual también recibe calor la pieza. Ver figura 100. Curva de temperaturas El proceso de curado debe ajustarse aproximadamente al representado en la figura 101. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Temp. máx. = 85 C 3 80 C mín. = 60 C 4 2 1 20 C 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 19 Horas Fase 1: Endurecimiento Fase 2: Calentamiento = 20 °C / hora Fase 3: Temperatura Estable = 8 hs (mín. 2 hs/máx. 10 hs) Fase 4: Enfriamiento = 10 °C / hora Fig. 101: Ciclo del tratamiento térmico a hormigones premoldeados 165 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 166 La primera fase, es el período inmediatamente posterior al hormigonado de la pieza y en la cual no se aplica calor. Se espera que el hormigón desarrolle una resistencia mínima, endurecimiento, como para que no se fisure al ser traccionado por la dilatación del aire incluido en su masa al calentarse. Si la fase de calentamiento es lenta, este tiempo de espera puede ser abreviado. Se deben evitar las pérdidas de humedad. En la fase de calentamiento, la temperatura se eleva hasta alcanzar el máximo, entre los 60°C y 85°C. Cuanto más rápido se calienta más rápido se consiguen resistencias iniciales, sin embargo menores serán las resistencias finales. Un valor conservador de calentamiento sería el de 20°C por hora. La fase de temperatura estable es la que se desarrolla una vez alcanzada la temperatura deseada. La duración de este período favorece la resistencia final, sin embargo es cara de mantener por su consumo de energía. Su duración se puede variar entre las dos y las diez horas y se relaciona con el espesor de la pieza. Finalmente en la fase de enfriamiento, se alcanza la temperatura ambiente. Cubriendo el molde con un aislante que retarde su enfriado, se consiguen resultados económicos. La caída de temperatura no debe superar los 20°C por hora. El ciclo descripto es orientativo y corresponde para cada elemento, ajustar con ensayos y extracción de probetas el curado óptimo. No siempre es el óptimo aquél que proporciona mayor resistencia final. En efecto, traspuesto el umbral de una resistencia mínima y necesaria que permita el manipuleo sin riesgos, se buscará acortar el ciclo para disponer rápidamente de los moldes y ahorrar combustible. La pieza puede completar su fraguado una vez desencofrada, en un medio húmedo. Precauciones en el curado Se debe tener presente que cualquier desvío importante en las temperaturas, puede transformarse en tensiones y consecuentes fisuras. Asimismo, las concentraciones de calor deben ser evitadas. Siempre está presente el riesgo de la excesiva pérdida de agua del hormigón. Cuando en los paneles se colocan cañerías, cajas, etc., hay que contemplar los efectos de la temperatura sobre los mismos. Posición de los moldes Los procedimientos para moldear grandes paneles dependen de si el molde se encuentra en posición horizontal o vertical. Moldear sobre una superficie horizontal, es la forma más simple y que requiere menos inversión. Ver figura 102. Al combinarla con elementos que permiten rebatirla se Fig. 102: Los moldes horizontales son los más simples y los de menor costo consigue facilidad en el desencofrado y en el caso de los paneles de muro, que no sufra esfuerzos distintos a los que desarrollará en obra. Ver figura 103. Si se provee de movilidad a los moldes, se puede armar una línea de producción donde se van recorriendo los distintos puestos de trabajo. Los pasos a seguir en la fabricación de paneles son: - Limpieza y preparación de los moldes. Ver figura 104. Aplicación de desencofrantes. - Colocación de armaduras, con sus distanciadores. Colocación de los insertos de unión. Colocación de marcos, cañerías, etc. - Se cuela y distribuye el hormigón. - Vibrado y alisado o terminación. - Si se trata de un panel sandwich, se coloca la capa de aislante y se reiteran las etapas anteriores. - Se procede al curado del panel. - Se realiza el desencofrado. - Se procede a revisarlo y controlar sus dimensiones, deben descartarse en este punto los paneles fuera de tolerancia. Posteriormente se hacen los retoques que correspondan. Ver figura 105. Se lo lleva a un depósito para su posterior transporte. Ver figura 106. El moldeo vertical de los paneles, ofrece distintas posibilidades, por ejemplo, el hormigonado en “batería vertical”. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 166 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 167 Fig. 103: Molde basculante de 40 m x 3 m. Milán, Italia Fig. 105: Panel de muro interior, control antes del acopio Fig. 104: Limpieza de moldes para losas Consiste en una serie de moldes verticales que permiten al panel, allí moldeado, tener las dos caras en contacto con el molde, de tal manera que quedan perfectamente lisas y no requieren terminación.Ver figura 107. Estas baterías, que ocupan poco espacio en la fábrica, permiten con sólo cambiar los cierres laterales de los moldes variar los espesores. El proceso de curado se ve favorecido por conservarse el calor del fraguado. Ver figura 108. Abriendo por partes la batería, se colocan la armadura, los marcos y cañerías. Ver figura 109. El llenado se realiza con mangueras o embudos. El vibrado se puede realizar con vibrador de aguja en cada compartimento o colocar vibradores sincronizados en los moldes. El hormigón a utilizarse debe ser mucho más fluido que el utilizado en el moldeo horizontal, para evitar la formación de huecos o nidos. Cuando se deben moldear paneles sandwich, el llenado debe ser cuidadoso pues una diferencia de niveles entre las capas de hormigón provoca empujes que dañan la Fig. 106: Manipuleo de panel de fachada con tratamiento superficial Marco rígido Caras lisas de los moldes Mecanismos de ajuste de los espesores Fig. 107: Esquema de funcionamiento de moldes en batería vertical capa intermedia de aislante. Existen muchas variantes de moldes en batería y empresas que los fabrican. En algunos casos el hormigón es inyectado desde abajo, en otros los moldes internos son de hormigón, varía la cantidad de paneles que se pueden moldear, etc. La combinación de ambos sistemas de moldeo, horizon- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 167 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 168 tal o vertical, para distintos paneles que intervienen en una vivienda es algo común. Las losas se moldean siempre en posición horizontal, y también hay técnicas para producirlas en batería horizontal. Otros elementos como las escaleras se moldean verticalmente. Ver figura 110. Transporte y montaje Transporte Fig. 108: Molde en batería vertical, de accionamiento hidráulico y cierres mecánicos. (Tecno laminera. Udine, Italia) El lugar de instalación de la fábrica y la disponibilidad de medios de transportes de bajo costo, es en muchos casos lo que define o no la conveniencia económica de emplear un sistema de grandes paneles. En Europa se consideran competitivos hasta 200 kilómetros entre la fábrica y la obra. En nuestro País no se puede afirmar tal cosa. Han habido casos de viviendas de paneles que se construyeron a precios competitivos, para una obra en particular, a más de 1000 km. de su emplazamiento. Esas circunstancias no son extrañas en un país como el nuestro poco poblado y con enormes distancias. Sin duda el transporte de los sistemas pesados significa un costo importante. Los paneles se transportan verticalmente, apoyados sobre bastidores que los mantienen en su posición, se emplean semirremolques o carretones especialmente adaptados. El gálibo de las rutas y las toneladas de carga permitidas, serán los límites a cumplir. En nuestro País estas cotas se pueden generalizar en la altura de 4.50 metros y las 20 toneladas. Montaje Fig. 109: Molde en batería vertical para 3 paneles Fig. 110: Molde de escalera La tarea de montaje debe ser precedida por un replanteo y ejecución de bases o plateas con precisiones acordes a la tolerancia del sistema. Al recibir los paneles en obra se debe controlar su adecuación a las especificaciones, tanto dimensionales como de terminación y fisuras. La operación de izaje de los paneles desde la zona donde se los ubicaron al llegar a obra, hasta su posición en el edificio, se realiza con diferentes tipos de grúas y empleando distintos aparejos. Estos aparejos deben garantizar la estabilidad y seguridad del panel mientras se lo lleva a su posición. Lo habitual es el empleo de vigas con poleas que garantizan la distribución de las cargas y la igualdad de tiros. Especial atención debe prestarse al viento en el momento del montaje. Los paneles, pendiendo de los cables de la grúa, con su gran superficie se tornan muy peligrosos ante las ráfagas de viento que los hacen girar. Las normas alemanas establecen el cese del montaje cuando un viento alcanza los 36 km. por hora. Más permisivo es el Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 168 Capítulo 06 24/04/2001 1:39 PM Page 169 Fig. 111: Transporte diseñado para el acarreo de grandes paneles Fig. 113: Puntales provisorios para el montaje de grandes paneles Fig. 112: Aparejo para desplazar grandes paneles reglamento polaco que prescribe ir reduciendo la carga de trabajo a medida que aumenta el viento y concluir la actividad al alcanzar el viento los 72 km. por hora. Otro tanto sucede con la luz o visibilidad que se cuenta para el montaje, a menor luz o presencia de niebla, se deben reducir los pesos o detener el montaje. La secuencia de montaje debe ser programada de tal manera que emplee el menor tiempo de grúas posible. Se inicia por los paneles portantes, luego los no portantes, se ajustan sus posiciones y posteriormente se van colocando las losas. En el montaje de los paneles, es común el empleo de elementos auxiliares provisorios, por ejemplo, los puntales de la figura 113 que se utilizan para replantearlos y aplomarlos ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 169 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 171 CAPITULO 7 Sistemas Argentinos de Grandes Paneles Supercemento E s el sistema pesado de grandes paneles que más se ha utilizado en el País, con sus distintas variantes ha construido viviendas desde el Chaco hasta Tierra del Fuego. Comenzó su actividad en el año 1974 y hasta el presente se han ejecutado más de 20000 viviendas. Esta empresa desarrolló su división de Sistemas Constructivos, a partir de su experiencia con el hormigón premoldeado. A lo largo de los años ensayaron distintas soluciones para competir en el mercado de la vivienda masiva. Fig. 1: Planta de fabricación de grandes paneles de Supercemento. Rosario, Santa Fe Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 171 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 172 Fig. 2: Conjunto de viviendas en planta baja y dos pisos altos, en distintas etapas de ejecución Las fábricas se encuentran en Resistencia (Chaco), Rosario (Santa Fe) y Comodoro Rivadavia (Chubut). Estas fábricas se ponen en producción ante la presencia de una demanda masiva y continua. La fábrica de Rosario es de proceso continuo y tiene una capacidad de 20 viviendas diarias, ubicada entre las más importantes de Latinoamérica. En la figura 1 se observa una vista aérea de la misma donde se aprecia a la derecha el rectángulo que forman las naves donde se desarrolla el proceso continuo. El sector de menor altura es el túnel de curado. Se aprecian además los playones de acopio de los paneles. Descripción del Sistema Es un sistema que según el tipo de paneles empleados, puede ser apto para construcciones en planta baja, y pisos altos. En las figuras 2 y 3 se pueden apreciar distintos barrios de viviendas en diferentes etapas de la construcción. Utiliza como muros portantes los grandes paneles de hormigón. Las losas de entrepiso o techo son también de hormigón armado. Tanto muros como losas son curados térmicamente. Además el sistema puede utilizar otros elementos premoldeados de hormigón como vigas, escaleras, columnas, tanques de agua, etc. Paneles exteriores: Se desarrollaron varias alternativas. Se emplearon muros homogéneos de hormigón de arcilla expandida, de 14 cm de espesor, protegido con revoques. Sin embargo la variante más usada fue emplear los paneles sandwich, de 2 capas de hormigón convencional separadas por una capa aislante de poliestireno. El espesor de la capa exterior es de 4 cm, que en general Fig. 3: Conjunto de viviendas en etapa de terminación ha resultado satisfactoria para proteger la aislación. La aislación mínima es de 2 cm de poliestireno expandido. La capa interior portante varía desde los 4 a los 7 cm. En la figura 4 se observa un panel exterior empleado en edificios con pisos altos. La protección hidrófuga se obtiene con agregados hidrófugos inorgánicos en el mortero que forma la capa exterior. Paneles interiores: Son de hormigón macizo de espesores entre los 8 cm y 10 cm. Losas de entrepiso: son macizas de hormigón convencional y espesores variables según los requerimientos estructurales. Losas de Techo: son elementos de 3 capas donde sobre la capa resistente de hormigón convencional se coloca una capa de aislante, que es protegida por la capa exterior de 4 cm de hormigón con tratamiento hidrófugo. Fundaciones: Las fundaciones dependen esencialmente de las características del terreno donde se implante la vivienda. Se pueden utilizar zapatas continuas, plateas, pilotines con vigas de encadenado. Juntas: En la figura 5 se observa un conjunto de juntas representativas, que son una muestra de algunas de las distintas soluciones que se emplearon. Efectivamente, a lo largo de tantos años de experiencia constructiva y de climas tan diversos, las variantes han sido numerosas. Uniones entre paneles: Se realiza a través de bulones que se ajustan a insertos dejados en los bordes de los mismos. Son 3 uniones puntuales por junta vertical. Carpinterías: Se colocan premarcos o marcos de chapa durante el moldeo. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 172 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 173 capa exterior hº aº capa interior portante relleno de hormigón "In situ" mortero de asiento sellador 10 espuma de poliuretano embebida en asfalto armadura de vinculación aislante de poliestireno expandido armadura de unión ø 6 4 2/4 6/10 a) Junta horizontal exterior ø 8 c/ 80 cm zincado relleno de hormigón "In situ" malla 188 aislante de poliestireno expandido mortero de asiento 10 losa de entrepiso armadura de empalme capa exterior capa portante panel interior portante armadura que vincula la dos caras (zincado) 10 b) Junta horizontal interior inserto roscado capa interior portante capa exterior hº aº 10 mortero de cemento bulón de 1/2" x 31/2" aislante de poliestireno expandido 6 Fig. 4: Corte de panel de fachada c) Junta vertical exterior Características: los paneles llevan incluidas las cañerías de electricidad, los insertos y los ganchos de izaje. inserto roscado panel interior Fabricación de los Elementos Premoldeados: mortero de cemento Se fabrican según dos métodos: I) De Mesa Fija: Es el empleado en la planta de Resistencia, capacidad 15 viviendas diarias. Las mesas son rebatibles, las cuadrillas de operarios volantes, es decir van de mesa en mesa. El curado se realiza en cada mesa. sellador 8 4 2 bulón pasante panel interior 10 d) Junta vertical interior Fig. 5: Detalles de juntas en el sistema de Supercemento Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 173 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 174 Fig. 6: Limpieza de moldes La cara del panel que dará al interior de la vivienda es la que está en contacto con el molde. Estas mesas rebatibles han sido provistas de una instalación de vapor para el curado y de una instalación de aire comprimido para los vibradores. El hormigonado se realiza utilizando autoelevadores que llevan el hormigón desde donde se elabora hasta el molde. El hormigón es vibrado utilizando los vibradores de contacto de la mesa. II) Mesa Móvil: Es la forma de fabricación utilizada por la planta de Rosario. Su diseño se basó en un proceso continuo según el cual las mesas-moldes se desplazan sobre un sistema de vías metálicas y los distintos puestos de trabajo son fijos. Para completar el proceso se dispusieron 8 estaciones que se ordenan en la siguiente secuencia: Estación 1: Limpieza de la mesa y colocación de los moldes. Ver figura 6. Allí se observa el ajuste de los bordes, según el tipo de panel. Estación 2: Colocación de posicionadores, accesorios y marcos de carpintería. Ver figura 7. Se puede observar la fijación de las carpinterías empleando una regla de ajuste, en un plano anterior se observan los 3 herrajes que actúan como moldes de los pases para los tornillos de unión. Estación 3: Colocación de armaduras. En la figura 8 se observa cómo se colocan las mallas de un panel interior portante. El armador está atando en el lugar los refuerzos de borde. Este tipo de maniobras sobre la mesa del molde deben ser las mínimas indispensables pues retrasan toda la línea de producción. Estación 4: Colocación de accesorios e instalación eléc- Fig. 7: Ajuste de carpinterías Fig. 8: Colocación de armaduras trica. La fotografía de la figura 9 nos muestra un panel interior, con pendiente en el borde superior, que contiene los conductos de la instalación eléctrica y sanitaria. Se observan distintos tipos de cajas que se colocan sobre una u otra cara del panel. En el borde cercano a la cámara pueden apreciarse los 3 insertos con sus correspondientes anclajes para materializar la unión. Estación 5: Se efectúa el control de los pasos anteriores y se da el visto bueno para el hormigonado. Estación 6: Hormigonado y vibrado de la pieza. El hormigón es vertido desde una tolva colocada en un puente grúa. Este se desplaza desde la hormigonera hasta la mesa-molde donde se puede distribuir fácilmente el hormigón. Ver figura 10. Allí se aprecia el poco asentamiento del hormigón vertido, la regla vibradora se empleará para ir distribuyendo el material. Los bordes del Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 174 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 175 Fig. 9: Colocación de accesorios e instalaciones Fig. 12: Ingreso al túnel de curado Fig. 10: Vertido del hormigón Fig. 13: Desmolde de panel molde dan el espesor del panel y ofrecen el apoyo para el desplazamiento de la regla. Estación 7: Precurado: en un pequeño túnel se obtiene un endurecimiento inicial para realizar las tareas de terminación de la cara superior del panel. Estación 8: Tareas de alisado y terminación. Se observa en la figura 11, como se rodilla la superficie de un panel. Al fondo se observa una pequeña cámara donde se “endurecen” los paneles con vapor antes de estas tareas de terminación. Utilizando zorras, se conducen las mesas al túnel principal de curado. En la fotografía de la figura 12 se puede ver la entrada de los paneles al lugar de curado. Este túnel de 150 metros de largo es recorrido en aproxiFig. 11: Alisado y terminación Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 175 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 176 Fig. 14: Zona de acopio Fig. 16: Montaje de paneles Fig. 15: Arribo de los paneles a obra Fig. 17: Posicionamiento de los paneles madamente 5 horas por la mesa-molde con el panel. Para calefaccionar el túnel se emplean serpentinas, donde circula aceite, ubicadas por arriba y por debajo de las mesas. Cuando sale del túnel, se procede al desmolde y traslado del panel a la zona de acopio, la mesa y moldes laterales son llevados nuevamente a la estación 1. La figura 13 muestra este proceso, donde se rebate el molde y se iza el panel en posición vertical, al fondo se observa la salida del túnel de curado. Transporte: Desde la zona de acopio, ver figura 14, los paneles y losas son cargados en camiones utilizando grúas. Los camiones, carretones o semiremolques tienen bastidores para facilitar el traslado. Montaje: Figuras 16 a 19. Una vez dispuesto el co- mienzo del montaje, los paneles son dispuestos sobre las fundaciones que previamente han sido replanteadas. Para ello se emplean grúas de diverso tipo, puntales y elementos de fijación provisorios. Luego de montado un núcleo que conforma un sector estable, se procede a vincular en forma definitiva los elementos mediante la ejecución de las uniones. La figura 17 muestra el puntal provisorio que sostiene un panel mientras se posiciona el siguiente. Se ejecuta la unión, en este caso el abulonado, previa colocación de los materiales de la junta. En la figura 18 se observa cómo se han dispuesto sobre los paneles las tiras de espuma de poliuretano embebidas en asfalto, para la junta con las losas de techo, cuya colocación se aprecia en la foto de la figura 19. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 176 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 177 Finalizado el montaje se realizan las tareas de terminación pendientes en forma convencional, contrapisos, pisos, artefactos, cerramientos, etc. La figura 20 muestra una variante de terminación para viviendas aisladas. Conclusión: La trayectoria de Supercemento en viviendas de grandes paneles se caracteriza por la mejora permanente de las soluciones constructivas. Los errores que se presentaron en un comienzo se fueron corrigiendo y siempre estuvo presente la preocupación por ensayar innovaciones de materiales y tecnología. Supercemento ha invertido importantes recursos en investigación y ensayos. Construcciones Industrializadas Fattorello Datos generales Fig. 18: Paneles en espera de losas de techo La fábrica de premoldeados se encuentra en la ciudad de Neuquén, cuenta con una planta de extracción y clasificación de áridos, una planta elaboradora de hormigón, instalación generadora de vapor, taller de herrería, bancos de pretensado y moldes. La capacidad de producción es de 600 viviendas anuales. Hasta el 31/12/96 lleva construidas 2400 viviendas. Descripción del sistema Fig. 19: Montaje de losas de techo Fig. 20: Vivienda Unifamiliar en Moreno, Pcia. de Bs. As. La empresa desarrolló un sistema pesado de grandes paneles para viviendas en planta baja, ver figuras 21 y 22. El sistema cuenta con Certificado de Aptitud Técnica desde 1984 y sigue en vigencia con la inspección cada 3 años que efectúa la Subsecretaría de Vivienda de la Nación. Además cuenta con el Certificado de Aptitud Sismorresistente que otorga el INPRES (Instituto Nacional de Prevención Sísmica). Los paneles exteriores son de 14 cm de espesor. La capa portante está conformada por 7 cm de hormigón, la aislación la constituyen 3 cm de poliestireno expandido, finalmente la capa de protección exterior es de 4 cm. Las dimensiones de los paneles pueden variar hasta alcanzar una longitud de 12 metros. La estructura se compone de paneles portantes, viga cumbrera y losas pretensadas de techos, también en ciertos casos se emplean columnas premoldeadas. Las fundaciones de los elementos portantes se realizan con bases premoldeadas. Para la fabricación de todos los elementos premoldeados se emplean hormigones de por lo menos 170kg/cm2 de resistencia característica (H17). Los paneles interiores son macizos y de 8 cm de espesor. Las losas de techo son placas nervuradas pretensa- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 177 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 178 das de un ancho de 1,50 m. El espesor en el nervio es de 14 cm y de 4 cm en el resto. Los paneles exteriores presentan salientes en correspondencia con las aberturas que le confieren un movimiento a la fachada que rompen la monotonía del frente liso. Otro tanto ocurre con los tapajuntas exteriores que simulan columnas. Las fundaciones se adecúan al tipo de terreno, sin embargo el sistema ofrece bases premoldeadas que aceleran la obra y facilitan el montaje. Las juntas verticales entre paneles exteriores son húmedas. Ver el detalle en la figura 23. Allí se observa como los tapajuntas premoldeados sirven de encofrado para el llenado de la junta. El tapajuntas exterior tiene incorporada una faja de poliestireno expandido que rompe el puente térmico que se forma con el hormigón de la junta. La unión queda asegurada por el pasaje de armadura vertical entre los estribos salientes de los paneles. En la junta horizontal donde se encuentran el techo y el muro se coloca hormigón pobre que continúa la pendiente de la losa pretensada. Sobre este relleno y también sobre la losa se aplica pintura asfáltica. Finalmente se colocan las tejas cerámicas asentadas sobre mortero. De esta manera el aspecto de la vivienda es el tradicional. La unión además del apoyo directo, se completa con el soldado de armadura en espera dejada en el muro y en la losa. La aislación térmica, consistente en lana de vidrio de espesor mínimo de 2,5 cm, se coloca sobre el cielorraso de machimbre de madera. El ático que se ha formado entre el cielorraso y las losas de techo se ventila. Finalmente en la misma figura 23 se aprecia la junta horizontal de encuentro entre el muro y las fundaciones. Aislación térmica Cielorraso de madera Panel sandwich Losa premoldeada Panel interior Alero de panel Columna colada "in situ" Tapacolumna premoldeada Saliente de ventana Estribos Base premoldeada Plinto Plinto Fig. 21: Perspectiva Axonométrica del Sistema Fattorello El panel de muro se coloca por debajo de los niveles del piso interior y exterior apoyando sobre una capa de mortero con hidrófugo. En el interior se observa la colocación de una plancha de poliestireno expandido de 2 cm de espesor que interrumpe las fugas de calor a través del piso, minimizando el puente térmico. Esta precaución se debe tomar en las zonas bioclimáticas V (fría) y VI (muy fría) y es suficiente con colocar la aislación en una faja perimetral de 1 metro de ancho. Fig. 22: Vivienda unifamiliar en Neuquén con sistema Fattorello Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 178 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 179 Pintura asfáltica Losa de Hº Aº Juntas premoldeada Hº ø4,2 Hormigón colado "in situ" Mortero de asiento Relleno de Tejas hormigón armado Atico ventilado unión soldada 4 3 4 Panel exterior Panel exterior Hierro ø 12 alero 7 Viga de madera Junta horizontal exterior Fieltro asfáltico 4 3 7 Barrera de vapor Junta vertical exterior Cielorraso de madera ,,,, @@@@ ÀÀÀÀ @@@@ ÀÀÀÀ ,,,, Zócalo Carpeta Poliestireno expandido Panel exterior Capa aisladora c/ hidrófugo Piso cerámico con mortero de asiento Contrapiso Hº ø6 Panel interior 8 Panel exterior o interior Armadura perimetral ø 8 1.5 2 2 8/10 15 Platea de Hormigó Hormig Hormigón ón Armado Junta horizontal exterior Hº ø4,2 Hº ø8 Hº ø6 Proyecciones de plintos Soldadura de unión Relleno de concreto Junta vertical interior Fig. 23: Detalles de juntas del sistema Fattorello 224 6 6 130 6 6 Fig. 24: Planta de célula sanitaria Las carpinterías tienen hojas tradicionales y los marcos se colocan en los paneles antes de moldearlos. La instalación eléctrica se desarrolla a través de cañerías que se dejan en el interior de los paneles fijadas a las armaduras, con sus cajas al interior y exterior según corresponda. La instalación sanitaria de baño y cocina se realiza con una célula sanitaria. Esta consiste en un módulo de hormigón premoldeado donde se encuentra un baño completo. Una de sus caras será el muro de la cocina donde apoya la mesada, circulando todas las cañerías por el interior de los muros (figura 24). Esta célula sanitaria viene con las terminaciones completas del baño: revestimientos de paredes y piso, artefactos colocados y terminación de pintura. La pared de cocina es azulejada y con los insertos para colocar la mesada. Ver figura 25. El empleo de esta célula, a diferencia del panel sanitario, permite ejecutar terminaciones en fábrica con sus consiguientes ventajas. Construcciones Industrializadas Fattorello comercializa este módulo, en forma separada de la vivienda, ofreciendo distintas dimensiones de baños. Al estar construidas con hormigón armado convencional tienen una gran resistencia que les permite soportar carga y por lo tanto apilarse; ventaja indudable para el almacenamiento en fábrica y en núcleos sanitarios para edificios en altura. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 179 Capítulo 07 24/04/2001 2:33 PM Page 180 Fig. 25: Célula sanitaria Fig. 26: Moldeo de paneles en mesas Fig. 27: Moldes para losas nervuradas y planas Fig. 28: Molde de paneles en batería vertical Fabricación de los elementos En la fábrica se dispone de mesas fijas, donde el curado se realiza con vapor a presión atmosférica. En la figura 26 se observa una de ellas donde se acaba de terminar la superficie de un muro, luego se cubrirá con un manto de polietileno y por medio de mangueras se suministrará vapor. Las mangueras se conectan a una cañería que conduce el vapor de la caldera central a cada una de las mesas. El hormigón se distribuye con baldes que mueve una grúa desde la planta hormigonera hasta los moldes. En estas mesas se fabrican distintos paneles de muro. La foto de la figura 27 muestra los moldes para dos variantes de las losas de techo, nervuradas y planas. Se usan mucho los moldes en batería vertical que pueden observarse en la figura 28, que permiten fabricar 6 paneles simultáneamente. La dosificación del hormigón debe ser mucho más fluida que cuando es empleada en los moldes de mesas. El llenado de esta batería se realiza desde arriba con balde movido por grúa. El curado se acelera con el calor de fraguado que se conserva en la masa de la batería. Las tapas laterales y los mecanismos de ajuste permiten variar el ancho de los paneles. En esta batería se han fabri- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 180 Capítulo 07 24/04/2001 2:34 PM Page 181 Fig. 30: Comienzo del montaje por células Fig. 29: Semirremolque para trasladar paneles cado, entre otros, paneles sandwich de 8 cm de espesor con 2 cm de poliestireno expandido en la capa central. Los paneles desmoldados terminan su curado en zona de acopio y son transportados por camión a obra. Ver figura 29. Etapas de la construcción Concluidas las tareas de limpieza y excavación para las bases premoldeadas,se colocan las mismas y se realiza un contrapiso de hormigón pobre, sobre el cual se coloca el mortero para sellar el apoyo de los paneles. La célula sanitaria es lo primero que se coloca y sirve de referencia para el montaje. Ver figura 30. El resto de los paneles se colocan en las formas ya descriptas para otros sistemas. Después de ubicar las losas de techo y llenar las juntas, se aplica la pintura asfáltica para permitir la colocación de las tejas. Ver figura 31. Finalizadas las colocaciones exteriores se procede a las terminaciones. Fig. 31: Terminaciones sobre las losas de techo La vivienda económica Recientemente Fattorello ha desarrollado, con la participación de los autores del presente libro, un nuevo sistema constructivo apuntando a una vivienda mínima en costo pero que siga cumpliendo con las Normas IRAM de habitabilidad. El resultado es el sistema Fattorello II, que cuenta también con Certificado de Aptitud Técnica. En la casa, de 50 m2, que muestra la figura 32, los muros exteriores son de 7,10 metros de largo, de manera tal que con cuatro paneles se cierra la casa. Esta circunstancia disminuye la cantidad de juntas exteriores que se limitan a las cuatro esquinas. Los paneles exteriores son de 4 cm de hormigón, 2 cm de poliestireno expandido y 4 cm de hormigón. Como se aprecia en la foto de la figura 33, los paneles exteriores apoyan sobre bases premoldeadas. Los paneles laterales en su parte superior presentan un escalonado para permitir el apoyo de losas pretensadas con alma de poliestireno expandido. Estas losas se solapan para permitir la continuidad de la aislación térmica. Fig. 32: Vivienda económica. Sistema Fattorello II Fig. 33: Estructura de paneles de la vivienda de fig. 32 Las uniones entre los paneles se hace empleando bulones que atraviesan un panel y se fijan a una rosca en espera en el otro panel. En la figura 34 se puede ver las perforaciones para el pasaje de los bulones que fijan un panel interior y en la esquina dos paneles exteriores. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 181 Capítulo 07 24/04/2001 2:34 PM Page 182 Además se aprecia un elemento premoldeado que tapa la junta entre las losas de techo y el panel lateral. El tanque de agua también es de hormigón premoldeado. A diferencia del sistema inicial, en este, el cielorraso no es plano y quedan a la vista las losas de techo. En el rincón se observa un engrosamiento del panel lateral que sirve de tapajuntas. Ver figura 35. Fig. 35: Detalle interior de encuentro de paneles El sistema aplicado a otras construcciones Si bien el objetivo del desarrollo de los sistemas constructivos aquí analizados es para la vivienda, se aplica a distintos tipos de construcciones. La fotografía de la figura 36 muestra una escuela en Chosmalal a mas de 500 km de la ciudad de Neuquén donde fueron fabricados los paneles. Las soluciones del sistema fueron aplicadas a las aulas, biblioteca y S.U.M del establecimiento de mas de 2000 m2. Una de las ventajas de los grandes paneles es su capacidad portante que no requiere cambios al pasar de sostener techos de luces pequeñas como una vivienda, a soportar techos de locales mas grandes. La obra fue ejecutada en menos de 6 meses. Las fotos de la figuras 37 y 38 muestran una construcción destinada a ser restaurante y un edificio de oficinas respectivamente. En el primer caso se emplearon paneles con forma de arco en la galería y en el interior comunes. Fig. 34: Detalle exterior de encuentro de paneles El edificio de oficinas terminado en la ciudad de Neuquén en el año 1994, corresponde a la estructura que se ve en la figura 8 del capítulo 6. Los baños de esta construcción en altura fueron realizados apilando las células sanitarias que ya se analizaron. Finalmente otra aplicación de la construcción con grandes paneles es en la construcción de cárceles. El hormigón armado es el material que presenta mejores posibi- Fig. 37: Restaurant en la ciudad de Neuquén Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 182 Capítulo 07 24/04/2001 2:34 PM Page 183 Fig. 36: Esc. Técnica - Sit. Fattorello. Chosmalal, Neuquén Fig. 39: Etapa de montaje de la Alcaldía de Neuquén con el sistema Fattorello (1995) Fig. 40: Vista de los distintos pabellones de la Alcaldía Fig. 41: Vista lateral de pabellones y muros perimetrales Fig. 38: Oficinas en la ciudad de Neuquén lidades para garantizar la seguridad. El carácter necesariamente modular de la arquitectura carcelaria ofrece la posibilidad resolver la construcción con poca variedad de paneles. Las fotos de las figuras 39 a 43 ilustran la construcción de una Alcaidía en Neuquén que están destinadas a alojar los presos de la provincia. En el proyecto colaboraron los autores del presente libro. El tipo de obra permitió que la propuesta con grandes paneles que ofreció Construcciones Industrializadas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 42: Montaje del tanque premoldeado de reserva 183 Capítulo 07 24/04/2001 2:34 PM Page 184 Fattorello fuese la mas económica y cumpliera con todos los requisitos de seguridad exigidos. Las celdas tipo obligan a la repetición de ese módulo. El hormigón de paneles resulta muy apta para anclar las rejas. El cerco del perímetro, como se ve en la figura 41, también ofrecía la posibilidad para el empleo de elementos premoldeados. Para aportar a las potenciales aplicaciones de los paneles, en la figuras 42 y 43 se puede observar el tanque de reserva del conjunto que se construyó con paneles premoldeados macizos. Este tanque se colocó sobre una torre de tres columnas premoldeadas, aporticada por vigas también premoldeadas ✘ Fig. 43: Vista del Tanque de reserva de la Alcaldía Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 184 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 185 CAPITULO 8 Módulos tridimensionales (MT) Introducción S on componentes integrales o parciales usadas en la construcción de viviendas, escuelas, hospitales, hoteles u otros destinos con entregas de unidades completas o partes, terminadas listas para usar. Se desarrollaron a partir de los años cincuenta en Rusia, Estados Unidos, Japón y Europa. En nuestro País también casi simultáneamente se difundieron algunos sistemas en viviendas, con buena respuesta técnica que aún están en el mercado, justamente por eso. Ver Fig. 1a. Es una expresión acabada del campo industrial con todas las características definidas en el Capítulo Segundo y otras propias de su tecnología. Para alcanzar su eficiencia se requieren una serie de medidas que la hagan competitiva, ellas son: - Tratamiento técnico y científico de los procesos constructivos. - Ejecución paralela de los trabajos necesarios para la construcción del edificio. - Mecanización de los procesos de fabricación. - Producción continua para mantener la calidad constante. - Producto (vivienda) listo para habitar. Como se verá más adelante en los MT hay un punto básico para el diseño y dimensionamiento: máximas dimensiones y pesos que permita el transporte por carretera, aéreo o fluvial. Es raro el transporte por tren, por barco o helicóptero, predomina el transporte por camión o por semirremolques. El objetivo de tener una vivienda competitiva no es la única guía del proyectista de un MT sino un aprovechamiento de sus ventajas en fábrica y soluciones simples y correctas para la terminación en obra como vinculaciones al terreno y juntas entre módulos. Diseño de módulos tridimensionales Fig. 1a: Izamiento de un Módulo Tridimensional (MO-HA) Como se dijo antes las dimensiones de MT deben ser cuidadosamente analizadas para su transporte. Esto a su vez condiciona la funcionalidad, el sistema estructural, los materiales a usar y al adicionarse módulos, su posición relacionada con otros. El MT individual cumple misiones funcionales en espacios de habitación, espacios húmedos, de circulación, resistentes, de instalaciones y de cerramientos. La dimensión crítica en el transporte por carretera es el ancho, algunos valores en otros países son: EE.UU.: 3.65 m límite superior permitido habitualmente. (Máx. 4.25 m) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 185 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 186 Caja Módulo Módulos adicionados Vaso o copa Campana Otras posibilidades Fig. 1b: Clasificación formal de los módulos tridimensionales Japón: 2.50 m Francia: 3.00 m En nuestro País, Vialidad Nacional permite como máximo: 3.20 m. En función a las dimensiones permitidas por el transporte se tienen las siguientes relaciones de Ancho: longitud en otros países: Rusia: A : L = 1:1.75 = 3.2 x 5.6 = Sup. media = 18 m2 EEUU: A : L = 1/2.38 = 4.20x10 = S media = 42 m2 Europa: A : L = 1 : 2.26 = 3.04x6.88 = S media = 21 m2 Las dimensiones prefijadas por: el cálculo estático, las exigencias físicas, las superficies mínimas de las habitaciones, etc. son con las legales y las de transporte señaladas, las que determinan finalmente los valores dimensionales del MT. El MT puede conformar: - varias habitaciones de un vivienda - parte de las habitaciones de una vivienda - una vivienda - espacios húmedos: baños, cocina, calefacción - espacios de circulación: escaleras y ascensores, superficies de distribución. Puede considerarse a los MT como un avance del sistema de grandes paneles ya visto, se trata de obtener ahora, en esta tecnología, un producto ya terminado como un conjunto de componentes para colocar en obra sin más tarea que unir partes y conectar las instalaciones. Clasificaciones Vamos a utilizar las más difundidas: a) por forma, b) por funciones y c) por el material que usa predominantemente. Por la forma se distinguen (ver Fig. 1b): - Tipo “caja” con las seis caras del paralelepípedo, y que se repiten cuando se unen con otra “caja”. - Tipo “copa” que no tienen la superficie superior. Al sumarse a otra “copa” se complementa la cara que falta con la inferior del elemento superior. - Tipo “campana” son los que carecen de la cara inferior. Al unirse con otro elemento igual, obtienen la cara faltante con el elemento inferior. - Otros también usados como elementos parciales a conformar elementos compuestos, como se ve en Fig. 1c. Por la función: - Módulos habitables, como salas, dormitorios, oficinas, etc. - Módulos húmedos, baños, cocinas, lavaderos, etc. - Módulos de circulación, incluyen escaleras, ascensores, espacios de distribución, etc. - También pueden clasificarse en “monofuncionales” y “multifuncionales” según cumplan una o más funciones. Ver Fig. 2 Por el material predominante: - “Módulos pesados” fabricados mayoritariamente con hormigón armado. - “Módulos livianos” todos los demás que buscan menos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 186 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 187 peso: estructuras de perfiles metálicos o de madera y placas de materiales livianos, contrachapados, chapas metálicas, etc. Viviendas con módulos tridimensionales Disposición de los módulos. Los módulos se colocan en yuxtaposición y pueden superponerse hasta completar en todas sus partes el diseño previsto de una o varias plantas, viviendas colectivas o individuales. Los módulos apoyan en: otros módulos, en elementos especiales tales como pórticos, columnas y paneles, en fundaciones tradicionales, etc. en forma directa o indirecta 2 1 2 2 2 1 1 1 Cuando apoya en otros módulos pueden hacerlo parcial o totalmente, en la misma dirección longitudinal o no, coincidente o no con el inferior y en voladizo, ver Figs. 3 y 4. Para superar el inconveniente de la repetición de caras se han adoptado algunos esquemas que se muestran en la Fig. 5. Comportamiento estructural en edificios con MT. Fundaciones de módulos tridimensionales. Las construcciones con módulos tradicionales, sean éstos pesados o livianos se apoyan sobre el terreno a través de cimentaciones que generalmente son: Una edificación se realiza con MT de hormigón (1) que salen de fábrica totalmente terminados, junto con otros módulos de mansarda (2) A A: monofuncionales Fig. 1c: Viviendas unifamiliares con módulos tridimensionales pesados B B: multifuncionales Fig. 2: Módulos tridimensionales Fig. 3: Esquemas de adición directa de Módulos Tridimensionales Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 187 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 188 4a. Adición indirecta de MT con esqueleto 4b. Adición indirecta de MT Fig. 4: Esquema de adición indirecta, con y sin esqueleto 5a. Combina paneles con MT para no repetir elementos funcionales 5b. Con grandes paneles combinados con MT se evita el doblado de las paredes. En forma similar con las losas. - Zapatas aisladas, coincidentes con los puntos de apoyo que llevan los módulos en su cara inferior. Siempre que se adopta esta tecnología existen riesgos como los asentamientos diferenciales con la posible fisuración de paredes del MT. - Cimentaciones corridas, que son apoyos corridos perimetrales e interiores. El riesgo es el mismo del caso anterior. - Plateas de fundación o pilotes y pilotines para casos de suelos poco consistentes o de capas portantes profundas respectivamente. En todos los casos si el apoyo está sobre el nivel natural del terreno debe preverse la aislación térmica y verificación de condensaciones de la superficie inferior del módulo. Tipos estructurales de MT Los edificios pueden ser: a) Con MT portantes. Fig. 6 b) Con MT y estructura independiente o construcciones primarias. Fig. 7. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 5c. Esquema donde se evita la repetición de paredes Fig. 5: Variantes de adición de MT 188 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 189 En el caso a) los MT y sus uniones garantizan la rigidez y estabilidad del edificio haciendo que a través de ellas se transmitan a los cimientos todos los esfuerzos verticales (V) y horizontales (H). Los primeros resultan del propio peso y sobrecargas y los horizontales de la acción del viento y eventuales sismos. Los grandes pesos de los MT provocan esfuerzos excesivos en la capa inferior de MT incluso para un número pequeño de pisos. Los MT que resisten bien son de hormigón armado con pequeñas aberturas. Si las aberturas son grandes y densificadas ya hay que recurrir a estructuras en esqueleto con nudos resistentes a la flexión. La resistencia de los nudos por las fuerzas H determina el número de pisos que pueden ser alcanzados. En el caso b) los módulos no soportan el peso de los que están por encima de ellos. Los MT tienen una rigidez que les permite transmitir a la construcción primaria su propio peso y los esfuerzos horizontales que actúan en parte sobre ellos. Aquí el número de pisos alcanzable no depende de la estructura propia de los MT sino de la estructura independiente que los soporta. Los pesos de los módulos influyen en la estabilidad del edificio pero no rigidizan la construcción, salvo que estén unidos entre sí. En la Fig. 7 se aprecian dos tipos de estructura en esqueleto: V A B A H H H Empotramientos Apoyos H H Planta Corte B-B B C V V V V V H V H B H C Corte A-A Corte C-C Fig. 7: Nudos con empotramiento en A (Corte B-B) y nudos con articulación en B (Corte C-C) V A H V A B H H V H H H Deformación V V V V H Planta Planta B H V C V Corte B-B V V V V H H H H H Corte B Corte A-A Corte Fig. 6: Esquema de edificio de MT portantes. Conservación de la forma y posición por MT rígidos, su propio peso y por las uniones entre los MT C Corte C-C Fig. 8: En A tabiques de mampostería y cruces de San Andrés (B-B), en B: MT y núcleos rigidizadores (C-C) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 189 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 190 Juntas entre módulos: No difieren de las utilizadas para los grandes paneles, la Fig. 12 b ilustra sobre algunas de ellas. Instalaciones en módulos tridimensionales (MT). Fig. 9: Conjunto “Habitat 67”, construido en Montreal (Canadá) para la Exposición Universal de 1967 - Columnas empotradas, Fig. 7 izquierda y sección B-B. - Columnas articuladas, Fig. 7 derecha y sección C-C. Usando también la estructura primaria de esqueleto se recurre a tabiques de cerámica como arriostramientos articulados para esfuerzos horizontales Fig. 8 izquierda y sección B-B. En la misma figura se ilustran las riostras con cruces de San Andrés y con núcleos rigidizadores, Fig. 8 derecha y sección C-C. Los núcleos rígidos se han usado en estructuras poco convencionales por la seguridad que brindan (también en las tradicionales), a las Fig. 10: Torre Nagakin-Tokio torsiones generadas en (Japón) del Arq. Kurukawa asimetrías de rigidez. Muestras muy especiales de edificios de MT portantes con construcciones primarias son los mostrados en las Fig. 9 “Hábitat 67”, Canadá, y en la Fig. 10 “Torres Nagakin”, de Tokio (Japón), donde núcleos resistentes se unen a módulos de chapa de acero con estructura interior metálica de elementos lineales livianos. Son una parte importante en cualquier edificio y deben ser correctamente coordinadas cuando se usan MT. Por razones económicas es deseable que tengan recorridos cortos de cañerías y concentración en la conducción. Todos los MT están conectados a las instalaciones pero no obligatoriamente a las redes conductoras. Como en la construcción tradicional, las redes de conducción se agrupan jerárquicamente en centrales, principales y secundarias. La red sanitaria de agua, desagües y ventilaciones tienen secciones importantes, lo que afecta a veces la configuración de la planta. De la observación de diseños de edificios con MT surgen dos criterios para las conducciones centrales: - Son parte del MT individual. - Las conducciones centrales son llevadas a zonas separadas independientes de los MT. Cualquiera de los criterios que se adopte influye decisivamente en el diseño del edificio con MT. La Fig. 11 ilustra sobre las posibilidades mencionadas para las conducciones centrales. Aislaciones térmicas Los materiales y disposiciones son similares a las usadas con los grandes paneles, en la Fig. 12 b, aparecen algunos ejemplos de su colocación. Procesos de fabricación de los MT 1) Módulos tridimensionales pesados. Los antecedentes más cercanos se remontan a mediados de la década del cincuenta cuando en Europa y América del Norte aparecen células funcionales sanitarias en hormigón armado. Se buscaba mejorar en la calidad y acelerar una etapa en la cual la construcción tradicional dependía de la mano de obra especializada y se acumulaban roturas que después había que reparar. Estos módulos se aplicaban principalmente en edificios a base de grandes paneles, para evitar un mayor fraccionamiento de elementos constructivos. Existen variados procedimientos para la fabricación de MT pesados con encofrados adaptados a las formas elegidas, en la Fig. 12 a se aprecian algunos de los componentes tridimensionales. En la Fig. 12 a se ve un equipo de moldes del sistema Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 190 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 191 MO-HA que trabaja con distintas formas de módulos. La Fig. 12 b muestra algunos detalles constructivos de sistemas con MT. Entre algunos que tuvieron mucha bibliografía, se encuentran los moldes giratorios de la Fig. 13 que buscaban el hormigonado en horizontal de las caras del MT. Otro sistema de llenado es la elaboración de paneles próximos al módulo y unidos en sus bordes conformando el paralelepípedo o la forma adoptada. Con las tecnologías mencionadas se obtenían prismas de paredes delgadas de espesor 5-7 cm, anchos máximos de 3,0 m, alturas también de no más de 3,0 m y hasta 9 ó 10 m de longitud. En el sistema desarrollado en el País (MO-HA) los marcos de carpinterías y cañerías se colocan sobre la cara interior de los moldes laterales que arrancan de la losa inferior ya ejecutada. En el medio va la aislación térmica. Con separadores adecuados se conforman los espacios de cada capa y se cierra con las caras de los moldes exteriores para proceder al vertido del hormigón. Ultimamente, con la premisa permanente de disminuir peso en el transporte y montaje se trabajaron hormigones con áridos livianos o con incorporadores de aire o gaseosos, que obligan a tener precauciones especiales, tales como protección de armaduras, curados con las temperaturas necesarias y tiempos distintos, etc. Transporte y montaje La idea básica de los MT es que ya fraguado el hormigón y terminadas sus caras y sus insertos, se trasladen a obra para el montaje. En fábrica se dispondrá de los pór- Caja en el interior yyy ,,, yy ,, ,, yy 40 40 Esquema de instalaciones centrales, integrantes de la MT, y accesibles desde el interior 120 120 Esquema de instalaciones centrales, independientes de la célula. Caja y MT 2 3 120 120 120 120 120 Caja en el borde 1 50 30 70 1-Instalaciones centrales 2- Módulo tridimensional 3- Célula sanitaria en MT Fig. 12b: Detalles Constructivos. Juntas Fig. 11: Distintos tipos de instalaciones en MT Fig. 12a: Industrialización de módulos tridimensionales (MO-HA) Fig. 13: Moldes giratorios Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 191 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 192 elemento tridimensional elemento tridimensional diedro elemento tridimensional triedro elemento tridimensional "C" "U" " I " elemento tridimensional Fig. 12c: Elementos tridimensionales ticos y grúas necesarias para mover y colocar sobre el vehículo de transporte los pesados módulos. En todos los movimientos que se realizan en fábrica y en la carga a los móviles, se usan vigas metálicas, bastidores y piezas especiales para evitar esfuerzos de tracción o torsión no admisibles ya que el hormigón generalmente no ha alcanzado su resistencia total. Al igual que sucede con los grandes paneles la manipulación de estos elementos no debería hacerse en playa u obra cuando soplen fuertes vientos. Los volúmenes que se mueven son de pesos normalmente superiores a las 10 toneladas con varias caras expuestas a ráfagas intensas que las desplazan y rotan cuando están suspendidas. El transporte por carretera, frecuentemente, se realiza con camiones, tractores o con semirremolques bajos. En ellos se incorporan gatos hidráulicos, un bastidor auxiliar rectangular con la misión de no aplicar a los módulos otros esfuerzos que no sean los verticales. Los MT a pesar de su tamaño y peso son frágiles y se fisuran fácilmente, tampoco es conveniente que reciban vibraciones como consecuencia de irregularidades del camino. Las mismas precauciones que para el transporte deben tomarse para el montaje. Todos los movimientos de los módulos para su colocación se analizarán junto con su ubicación definitiva en los puntos de apoyo previstos para evitar esfuerzos incontrolados. En este sistema constructivo las tolerancias juegan un importante papel, ya sean de producción o de montaje, ver Fig.14 a. La colocación en obra se hará, como se dijo en forma δy Y δz δx Z X Fig. 14a: Tolerancias de montaje. La adaptación al sistema espacial de referencia lleva consigo una complejidad mucho más elevada que cuando se trabaja con elementos planos directa o indirecta, sobre puntos que sean regulables en altura para evitar asientos diferenciales. Si se han previsto elementos de junta (barras, soldaduras, tornillos, piezas especiales, etc.) se realizarán y se sellarán con mortero de nivelación, para que sirva de regulación de la altura, de nivel y de vínculo con otros módulos. A veces la regulación en altura se hace con piezas especiales o simple acuñamiento permanente. Cuando el punto de unión sea puente térmico o acústico se colocarán las aislaciones correspondientes. La colocación en su lugar de estos apoyos, mencionados como “puntos”, tienen sus dimensiones verificadas por el cálculo estructural. Siendo superficies que concentran tensiones debe cuidarse que en el montaje no se fisuren o agrieten. Para la mayoría de los proyectos de vivienda, de dimen- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 192 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 193 1 4 2 5 3 6 Fig. 14b: Secuencia de la construcción de un módulo tridimensional liviano (Viviendas Quebco, Quebec, Canadá) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 193 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 194 Fig. 14c: Vivienda construida con módulos livianos en Canadá siones reducidas sin grandes luces ni alturas excesivas, la junta entre el módulo superior y el inferior es el roce que origina el peso propio del elemento superior contra el inferior, de ahí el cuidado que debe tenerse en un correcto “acoplamiento” entre las superficies de los mismos. La situación no es la misma en zonas de fuertes vientos o sísmicas, donde sin dudas la junta debe ser materializada. El montaje con este sistema de MT es muy rápido y prácticamente no incide en el período constructivo total, pero también es un sistema que no permite improvisaciones en el montaje. Los errores que se cometan en el diseño o en el proceso de montaje son muy difíciles de salvar en obra. 2) Módulos tridimensionales livianos. La necesidad de alivianar los módulos pesados, está determinada no sólo por el precio del transporte, sino por el equipo para movimientos en fábrica, de montaje y su herramental. Esto hizo que se empezara a pensar en MT más livianos manteniendo la idea básica de entregar cada unidad terminada en su interior, usando materiales y tecnologías distintas (fig. 14 b y 14 c). La vivienda de USA sirvió como primer modelo a imitar para los MT livianos. Las reglas de la industria que fracciona componentes y termina en el lugar algunos productos determinó la nueva tecnología a implantar. Ya Henry Ford en 1922 analizó la ventaja del mayor aprovechamiento del vagón ferroviario, y en vez de 8 coches armados por vagón alcanzó a mandar 130 desarmados, terminándolos en talleres locales. Este sistema de transporte es el que se emplea con los MT livianos. Procedimientos de fabricación de MT livianos: (Ver fig. 14 b) - Ejecución total en fábrica, similar a los MT pesados. - Fabricación de los módulos fragmentados en paneles terminados (panelización). Se arman en talleres ubicados en la obra. Materiales usados en los MT livianos Metales: El acero se usa con dos funciones y formas distintas: a) Perfiles “U” y “C” de chapa plegada como estructura portante; y b) Chapa plegada como cubiertas y cerramientos en muros exteriores. El aluminio se usa para carpinterías y en divisiones interiores. Los metales tienen como ventajas la precisión que se alcanza en las dimensiones y el poco peso de sus elementos, como inconveniente la degradación o corrosión, la escasa resistencia a las temperaturas altas y fuego, que lo deforman perdiendo capacidad de carga. Madera y sus derivados: Es un material trabajable muy apto para la construcción. Nuestro país permite con su producción actual no menos de 10.000 viviendas anuales con uso mayoritario de madera, lamentablemente su producción no es racional Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 194 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 195 35 Cuatro cabriadas Poliestireno expandido según cálculo Piso 7.10 Capa interior de hormigón armado 3.70 Módulo 258 Tabique exterior Capa exterior de hormigón armado Carpintería metálica Rev. ext. de aluminio Aislación lana de vidrio 38 mm Rev. int. fibra extradura Bulón ø 8 x 200 mm Piso plástico 1.6 mm Madera aglomerada 19 mm 200 125 19 Terreno natural Mallas de acero soldada Relleno de mortero 8 Bulón ø 6 x 55 mm Patín ø 80 mm Submuración 20 x 20 x 40 cm Soldadura Aislación hidráulica Fundación de Hº Aº Varilla de anclaje Terreno compactado Fig. 15: Sistema “EDIL-SUD” Terreno natural Fig. 16: Sistema “MO-HA” 100 200 125 Junta elástica embutida Conducto para paso de bulón Hormigón liviano 45° 2200 Aislación poliuretano expandido Hormigón arcilla expandida Armadura malla ø 4,2 de 15 x 15 cm 200 100 Módulo de pared Cámara de descompresión Módulo de piso Conducto para paso de bulón Fabricación de MT livianos 200 Dado de hormigón Fig. 17: Sistema “TRI-COMB” y se usan especies no renovables de la foresta natural. Nuestra industria maderera trabaja con la tabla para encofrado o para la elaboración de muebles. Otro problema lo constituye el rechazo al tratamiento protector contra la humedad e insectos xilófagos. Su uso en los MT livianos sería en las estructuras, carpinterías y paneles exteriores con multilaminados tratados para exterior o interior. Plásticos como elementos de revestimientos no estructurales: Los más usados son: Poliester reforzado con fibras de vidrio, policloruro de vinilo o PVC, para cañerías y perfiles de carpintería, poliuretano expandido como aislante, etc. Otros materiales: Placas de fibrocemento, GRC o mortero de cemento blanco con fibras de vidrio, hormigones livianos en paneles, etc. El proceso es industrializado y los pasos siguen la correlación siguiente: - Armado de la cara inferior del prisma. - Montaje de la estructura de paredes sobre la base. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 195 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 196 Perspectiva axonométrica panel mortero de relleno copa con agujero 10 Bulón ø1/2" x 3 1/2" Inserto roscado ø1/2" Detalle de uniones Montaje de células 262 Fig. 19: Sistema “SUPERCEMENTO” Corte vertical tipo Zapata Vista esquemática de una célula Fig. 19b: Transporte de un módulo de “SUPERCEMENTO” Fig. 18: Sistema “SIGMA” - Colocación de estructura de techo y cubierta. - Incorporación de marcos de carpintería, cañerías y cajas de instalaciones y aislaciones. - Colocación de revestimientos de pisos, paredes exteriores, cielorraso, revestimientos interiores y tabiques divisorios. - Colocación de artefactos y accesorios. - Colocación de hojas de carpinterías, vidrios y tratamientos de superficies interiores y exteriores. - Traslado a stock de fábrica o salida a obra. En obra deben estar ejecutadas las fundaciones en espe- ra de los módulos o si corresponde, la estructura independiente de apoyo. Si se utiliza el sistema de “panelización” o fragmentación de componentes se formarán los elementos planos para aprovechar el espacio del móvil o también usar el encaje de módulos, plegado de planos u otros artificios con el mismo objeto. Los componentes se embalarán para protección. El armado del módulo se realizará en el obrador o directamente sobre las fundaciones ya construidas, siguiendo un proceso similar al descripto arriba. En nuestro país desde fines de la década del sesenta aparecieron los sistemas de módulos tridimensionales, Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 196 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 197 algunos de ellos siguen trabajando actualmente. Mencionamos: EDIL-SUD: (desde 1968), MT liviano, con estructura de madera. (Fig. 15) MO-HA: (desde 1974), MT pesado, de hormigón armado en PB y pisos altos. (Fig. 16) TRICOMB: (desde 1978), MT pesado, de hormigón con arcilla expandida. (Fig.17) SIGMA: (desde 1979), MT pesado, de hormigón armado, juntas abulonadas. (Fig. 18) SUPERCEMENTO: (desde 1980) MT pesados de hormigón, uniones ensambladas con bulones. (Fig. 19) Sistema constructivo “MO-HA” Se trata de un sistema cuyo elemento generatriz es el módulo tridimensional transportable de hormigón liviano, desarrollado y patentado en el país por el Ing. Daniel A. Vico en el año 1974. Hasta la fecha se han construido 4500 viviendas aproximadamente y diversos edificios tales como escuelas, hospitales, comisarías, etc. Ver Fig. 20. Ventajas y desventajas de los MT Como sucede en todos los procedimientos constructivos, el uso de MT conlleva a aceptar sus virtudes y carencias. Su elección para una determinada obra se debe a que es el más adecuado para ella de los que ofrece el mercado. Entre las ventajas podemos nombrar: - La mayoría de las tareas se hacen en fábrica, muy pocas a la intemperie. - Se conforma una línea de producción industrial, con puestos de trabajo controlables y acotados. - El sistema de calidad permite verificar conformidades a normas y acuerdos. - La especialización de tareas y de uso de equipos da una repetitividad que permite acelerar tiempos e introducir mejoras. - El personal no necesita especialización en la construcción, sólo idoneidad para manejar maquinarias simples. Entre las desventajas se encuentran que: - Algunos sistemas transportan mucho “aire” es decir volúmenes grandes, que inciden en los costos de transporte. - Los proyectos son rígidos y admiten pocas variaciones de diseño por estar acotados en dimensiones, pesos y equipos. - Necesitan volúmenes importantes de producción para ser rentables. - El equipamiento de fábrica y de montaje necesita pórticos, grúas y tractores pesados. Desde luego que cada diseñador encontrará otras ventajas e inconvenientes a medida que analice el sistema que se le proponga en todos sus aspectos: ajuste a los objetivos del proyecto, costos, tiempos de obra, facilidad y operabilidad de los MT, seguridad y estética del producto final, adaptabilidad para zonas donde no hay mano de obra y otros vinculados a la obra en sí. Fig. 20: Viviendas con módulos tridimensionales MO-HA Capacidad: En la actualidad están en funcionamiento dos plantas: una ubicada en Bragado, provincia de Buenos Aires y la otra en el Dpto. de Rivera de la República Oriental del Uruguay. Para una producción mínima de 1000 m2 de viviendas puede resultar ventajoso montar una fábrica en el lugar de la obra. Fábrica: Constan básicamente de tres sectores: a) Una nave para dos líneas de producción provista de los siguientes elementos: - Pórticos y puentes grúas para el manipuleo de moldes y equipos. - Planta de hormigón con batidora, silos, estrella de áridos y dosificadora. La planta no será necesaria si se usa hormigón elaborado. - Dos juegos de moldes metálicos para los distintos elementos de muros, losas y de carga de techos. - Vías y carros porta-módulos y su aparejo para el movimiento. - Redes de distribución de agua, vapor, aire comprimido, etc. b) Una nave de talleres y servicios provista de: - Taller para preparación de armaduras, instalaciones sanitaria, gas y electricidad, pintura, vidrios, etc. - Caldera para la provisión de vapor, compresor, tableros y pañol de herramientas. c) Playa de acopio y carga con: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 197 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 198 - Zona de suelo consolidado para el almacenamiento y circulación de los vehículos de transporte y carga de módulos. - Pórtico para retiro de los módulos a fin de línea y traslado. 7.40 3.00 3.05 1.00 3.00 5.90 7.60 1.20 Sistema estructural: Se resuelve de dos maneras: a) Tomando los módulos como elementos resistentes y portantes de todo el edificio. b) Utilizando una estructura adicional, tipo esqueleto, o un núcleo que toma las fuerzas horizontales. Fig. 21. Cuando los módulos son portantes, sus paredes se comportan como láminas (ménsulas) empotradas y así se dimensionan. Los muros reciben su propio peso y las reacciones de las losas, las que pueden considerarse como triangulares o rectangulares, dependiendo si son unidireccionales o cruzadas. La acción del viento es transmitida por los muros exteriores a los entrepisos que a su vez, si se cumplen ciertas condiciones, son láminas planas que las distribuyen en los muros de carga que finalmente la llevan a las cimentaciones. Los espesores y armaduras de los muros de los módu- Nexo entre paneles 1.40 3.00 Módulo 1 Entrada Módulo 2 Fig. 22: Planta prototipo de vivienda de dos dormitorios los y las acciones actuantes se calculan con los reglamentos estructurales CIRSOC. Para el caso del sismo debe agregarse la norma antisísmica NAA 80 que establece los distintos coeficientes y los valores particulares para las uniones entre elementos. Al ser los MT elementos rígidos, se comportan como bloques que en planta pueden tener secciones I, L o U. Distribuyendo así las cargas horizontales se incrementan los momentos de inercia de las secciones resistentes. Todos los módulos deben “atarse” con un zunchado perimetral para que en realidad se forme la gran placa resistente y distribuidora. Estas armaduras de zunchado se continúan en las uniones con los elementos de la junta que deben transmitir los esfuerzos, barras en espera, soldadura de insertos u otros. En el caso de estructuras independientes se resuelven normalmente pero con el agregado de la verificación de las juntas estructura-módulo. Tipos de edificios: Los más comunes construidos con el sistema son viviendas unifamiliares de una o dos plantas (Neuquén) Fig. 22; multifamiliares de tres o cuatro plantas, Fig. 23 y edificios en altura de doce pisos utilizando la alternativa estructural tipo b) antes mencionada (Brasil). Medida y peso de los elementos: Fig. 21: Módulos de servicio unidos al núcleo El ancho standard de los módulos es de 3,00 m en el interior y 3,20 m en el exterior y una longitud variable Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 198 260 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 199 Módulo superior N x 260 (Techo plano) Módulo superior (Techo con pendiente) N x Módulos intermedios Fig. 24: Moldeo de losa piso en el sistema MO-HA 20 Capa interior de hormigón armado Capa exterior de hormigón armado Módulo inferior Mallas de acero soldada Poliestireno expandido 20 Soldadura Aislación hidráulica Terreno natural Varilla de anclaje Fundación de Hº Aº Fig. 23: Corte vertical de módulos del sistema MO-HA. hasta 10 m. La altura interior es de 2,60 m y 3,00 m en el exterior. Se fabrican módulos con mayor altura en cubiertas inclinadas. El peso es de aproximadamente 800 Kg/m2. Las dimensiones usuales de los módulos son: 7,60 x 3,20 m y un peso de 19,5 toneladas. Tipo de fabricación: La fabricación es lineal, secuencial, seriada y continua, donde se aprecian dos sectores: a) según el tipo de proceso y b) según las tareas realizadas. En a) hay estaciones fijas y móviles. En la primera etapa se moldean las losas del piso. Ver Fig. 24. Las losas techo se preparan en moldes y mesas fijas y los tabiques interiores o sanitarios en mesas rebatibles. El pórtico retira la pieza moldeada y la traslada a la próxima estación. La etapa móvil consta de carros portamódulos, que corren por vías sobre los que se colocan las losas piso construidas en la etapa anterior. Ya en los carros se colocan los encofrados de los muros exteriores (Fig. 25) se moldean, se posicionan los tabiques interiores y sanitarios y se ubica la losa de techo (Fig. 26). Se hacen las terminaciones en una serie de estaciones, Fig. 27. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 199 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 200 Fig. 25: Colocación de aislación sobre moldes de muros En b) se distinguen la etapa de la construcción de la cáscara de hormigón y la etapa de terminaciones. La losa piso comienza con la colocación de las armaduras sobre moldes metálicos y de la viga trapecial perimetral que se ve en la Fig. 23, con su escalón para recibir después los encofrados de muros. Se dejan barras de anclaje para vincularlas con las mallas de los muros. También si hay núcleo sanitario se deja el hueco correspondiente. Se cuela el hormigón utilizando vibradores de inmersión. Al mismo tiempo se prepara la losa de techo con sus armaduras y sus reglas de borde ranuradas para permitir el paso de estribos salientes de los muros que conformarán la costura húmeda entre losa y muro. Simultáneamente se arman los tabiques interiores con las cañerías y marcos que correspondan, llenando luego con hormigón. Después de las coladas de estos elementos se aplica calor para el curado con vapor que se suministra desde la instalación bajo las mesas. Fraguada la losa piso se procede a su desencofrado y retiro mediante el uso del pórtico o puente que la traslada hasta la etapa “muros” colocándola sobre un carro portamódulos. Se aplican los moldes metálicos ajustándolos en el escalón de la viga previsto y nivelándolos. Sobre los moldes interiores se aplican las armaduras, marcos, cañerías y cajas, también en este paso se coloca la aislación térmica. Finalmente se colocan los moldes exteriores de muros vinculándolos con varillas roscadas que atraviesan el muro a través de tubos con el espesor del mismo, que se retiran una vez desencofrados. En la parte superior de los muros se dejan los estribos para la junta con la losa techo. El colado del hormigón debe efectuarse con ciertas condiciones: mezclas con alta fluidez y vibradores de contacto de alta frecuencia. Fig. 26: Colocación de moldes exteriores para el llenado de hormigón de los muros (MO-HA) Fig. 27: Terminaciones del módulo MO-HA Este vibrado y las presiones del hormigón exigen un buen ajuste de los moldes para no afectar los niveles y escuadras en los muros. Para acelerar el proceso se aplica calor y ya fraguado el hormigón avanza el módulo a la próxima estación donde se procede al retiro de los moldes, colocación de tabiques interiores y posicionamiento de la losa de techos sobre los muros. A continuación, en el borde superior de los muros se colocan los perfiles que encofran la “costura húmeda” entre los muros y la losa techo agregándose varillas de acero longitudinales que vinculan los estribos de ambas piezas procediéndose luego al colado del hormigón. Terminada esta etapa el módulo avanza a la zona de “terminaciones”. Esta tiene 3 ó 4 estaciones según el tipo de módulo; aquí se ejecutan carpetas y pisos, red cloacal y vinculación al panel sanitario, cableado eléctrico, colocación de artefactos, ajuste de carpinterías, pintura, colocación de vidrios, etc. Terminadas las tareas en el sector de producción salen los módulos de la línea y son transportados a los luga- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 200 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 201 Fig. 28: Acopio de módulos Fig. 30: Transporte del módulo MO-HA Fig. 29: Interior de escuela. Detalle del nexo entre módulos Fig. 31: Movimiento del módulo en obra res de almacenamiento, Fig. 28, o se los carga en los transportes mediante el uso de un pórtico automóvil. Transporte El acarreo de los módulos a su emplazamiento definitivo se realiza en semirremolques o camiones convencionales, Fig. 30. Si la altura requerida por los módulos supera los gálibos máximos permitidos se recurre al uso de carretones de piso bajo. En ningún caso se fijan los módulos al transporte, sólo se usan elementos que impiden el desplazamiento respecto al plano de apoyo. Montaje Ya los módulos en obra se colocan sobre las fundaciones o sobre otros módulos mediante grúas adecuadas a la carga, distancia y altura de colocación, Fig. 31. Para el caso de edificios de una planta se usan también elevadores hidráulicos que los ubican sobre las fundaciones y los bajan hasta apoyarlos sobre las mismas. Consumo de mano de obra El rendimiento estadístico de la mano de obra después de casi 200.000 m2 construidos es de 16,8 horas hombre/m2 en fábrica y de 2,5 hh/m2 en obra. Manual de Construcción Industrializada Descripción de la obra a) Cimientos: pilotines, bases aisladas o zapatas corridas. Se necesita la rigurosa nivelación de las superficies de apoyo de los módulos evitando torsiones que provocarían fisuras a muros y losas. b) Módulos: Pueden ser homogéneos de hormigón liviano o multicapa de Hº Aº, poliestireno y Hº Aº, dimensionados para cumplir la exigencia higrotérmica de la zona bioambiental donde serán usados. El hormigón liviano con el que se trabaja es de 1600 Kg./m3, aproximadamente, y se han utilizado distintos tipos de áridos tales como arcillas expandidas, tobas o arenas volcánicas, etc., en general de zonas cercanas a las obras. Para el caso de áridos naturales, previamente se realizan los ensayos no sólo de resistencia sino también los de comportamiento respecto a los restantes materiales y los de durabilidad. Las armaduras son las barras y mallas de uso en la construcción. La cuantía promedio es de 28 Kg. por m3 de hormigón. El poliestireno es de densidad 15 Kg./m3, el espesor lo determina el cálculo higrotérmico. 201 Capítulo 08 24/04/2001 2:55 PM Page 202 Fig. 32: Juntas típicas entre módulos en el sistema MO-HA c) Escaleras: Se moldean en fábrica en Hº Aº convencional. d) Instalación sanitaria: Se coloca en el tabique sanitario ejecutado totalmente en fábrica incluyendo los artefactos. e) Instalación eléctrica: Se prevé lo que corresponda en cada módulo y sale completa de fábrica. f) Calefacción: Dentro de cada módulo se instala en fábrica. g) Terminaciones: Los revestimientos interiores y exteriores se aplican en fábrica. h) Tareas “in situ”: Se ejecutan las fundaciones, se anclan los módulos, se conectan las instalaciones a las redes y entre módulos y se toman las juntas con masillas o burletes (Ver fig. 32). La junta entre células es hidráulica y de dilatación, no hay transmisión de esfuerzos, es decir: no es estructural. Finalmente se hacen retoques de pintura que pueda haber sido dañada en el transporte o montaje ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 202 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 203 CAPITULO 9 Sistemas Livianos Definiciones S e define a los sistemas livianos como aquellos cuyos componentes pesan menos de 100 kg., es decir pueden ser manipulados sin auxilio de equipo pesado. Hoy en día tienen una presencia en el mercado nacional mucho más importante que los sistemas pesados. Esta circunstancia se puede atribuir a la menor inversión que requiere el desarrollo de un sistema liviano. Los costos fijos de las plantas que elaboran sistemas pesados son elevados y requieren un flujo de producción importante, en cambio los sistemas livianos, en general, compran a otras industrias buena parte de sus componentes (chapas, perfiles, madera y placas), de tal manera que prefabrican un porcentaje menor. Las dimensiones reducidas de sus componentes permiten una flexibilidad para adaptarse a distintos proyectos. Esta circunstancia sumada al bajo costo de transporte favorece la venta de viviendas en unidades aisladas, abriéndole así un mercado mayor. Los sistemas livianos en Norteamérica, son la forma tradicional de construir viviendas, estructuras de madera y últimamente de acero son revestidas por distintos tipos de tableros u otros cerramientos. Tiene como ventajas respecto a la tradicional mampostería argentina, la velocidad con que se terminan las obras. Un sistema liviano puesto a punto no debería exceder el mes y medio de obra. La habilidad del artesano no incide en el producto terminado y se puede controlar fácilmente el tendido y calidad de las instalaciones. Los sistemas livianos usan materiales de poco espesor, que necesitan más atención de parte del ocupante de la vivienda que la mampostería común. Esta circunstancia, que de ninguna manera es relevante técnicamente, alimenta algún tipo de prejuicios. El mismo origen tiene la “prueba de los nudillos”, nombre con el que se designa al comportamiento automático e inevitable que tiene el argentino medio cuando se le dice que una casa es industrializada, y golpea las paredes para escuchar cómo suenan. El ruido a “hueco” ha sido una barrera para los sistemas livianos, sin embargo con el paso de los años este prejuicio va en disminución. Los distintos sistemas livianos emplean una gran diversidad de materiales y de formas de combinar los mismos. Maderas y sus tableros derivados, metales, yeso, poliéster reforzado con fibra de vidrio etc. Clasificación Una forma de clasificar los sistemas livianos para simplificar su análisis es la siguiente: I) Sistemas livianos con estructura independiente: I.1 Estructura de esqueleto (madera o metálico) I.2. Estructura de entramado o “framing” (madera o metálico) II) Sistemas livianos de paneles portantes: Esta división no es simplemente de funcionamiento estructural, sino también agrupa las distintas formas de montaje y el índice de prefabricación que tiene el sistema. En las estructuras independientes en obra se procede a Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 203 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 204 Fig. 1a: Edificio de viviendas con estructura metálica independiente. Sistema Súbitas Fig. 1b: Estructura independiente de madera para vivienda en Planta baja. Sistema DC Fig. 2a: Panel portante de madera Fig. 2b: Panel portante de hormigón liviano. Sistema CIBECO revestir con tableros, placas, etc., un esqueleto que se ha montado previamente. Esta estructura puede ser de madera o acero, venir prearmada de fábrica o armarse en el lugar. En la figura 1a se observa una etapa de la construcción de un edificio de viviendas con el Sistema Súbitas, que comienza a ser recubierto exteriormente con placas de hormigón. La estructura independiente es de perfiles laminados de acero. En el interior se recubre con placas de yeso. En la foto de la figura 1b se observa la estructura de madera encolada del sistema “DC” (Ex sistema Cúbico), que será revestido exteriormente de un tablero de fibrocemento e interiormente con uno de yeso. En cambio, los paneles portantes tienen parte o todo el cerramiento integrado a la estructura, incluyendo en ocasiones las cañerías de las instalaciones y las aislaciones. En estos paneles la parte resistente puede ser una estructura interior solidaria con el revestimiento, o como sucede en algunos muros sandwich, el conjunto cerramiento interior, aislante y cerramiento exterior, conforman un elemento estructural capaz de tomar cargas. En la figura 2a se observa un panel portante de madera, que proporciona las dos caras del muro. La foto de la figura 2b muestra un panel de hormigón liviano portante, del sistema CIBECO, que desarrolló uno de los precursores de la industrialización en la Argentina, el Ing. Ernesto García Olano; estos paneles ofrecen una cara del muro y la restante se resuelve con placas de yeso. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 204 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 205 Existen sistemas livianos que no se ajustan exactamente a esta clasificación, que sólo tiene por objeto orientar el estudio. I) Sistemas Livianos de Madera con estructuras independientes La madera La madera como todo material de construcción, ofrece ventajas y desventajas que deben ser consideradas; conocer el material es imprescindible para sacar el mayor provecho a sus virtudes y eludir los efectos de sus limitaciones. El conocimiento de la madera debe cubrir su comportamiento mecánico, su producción y tratamiento, los criterios de uso y protección por diseño, y los procesos de montaje y terminación. Por ejemplo, los cambios volumétricos que presenta la madera al equilibrar su contenido de humedad con la del ambiente, debe ser contemplado en la tolerancia dimensional para las juntas y uniones. En nuestro país el desconocimiento o el mal uso de la madera en la vivienda ha dejado importantes secuelas. El proyectista debe ser consciente de las limitaciones de la madera. Es sin duda preferible no usar madera si existe alguna duda sobre su idoneidad para el requerimiento. Finalmente, en la mente del proyectista debe estar presente el tema de los desperdicios de la madera. Al venir “hecho” por la naturaleza el material tiene dimensiones que deben ser estudiadas para evitar cortes irrecuperables. Ventajas de la madera 1. Material renovable: Con las adecuadas precauciones de reforestación y conservación de los bosques es de los pocos recursos renovables. 2. Bajo consumo de energía para su producción: especialmente comparado con el acero y el cemento. 3. Buena trabajabilidad: la mecanización de la madera es muy sencilla. 4. Buena resistencia mecánica y elasticidad: la resistencia que ofrece la madera es suficiente para los requerimientos estructurales de las viviendas. 5. Buen aislante térmico: su estructura porosa lo convierte en un buen aislante. Es varias veces mejor aislante que la mampostería. 6. Buen aislante acústico: la misma porosidad lo lleva a amortiguar el sonido. La absorción superficial de sonido es 10 veces mayor que la del revoque. 7. Bajo peso: facilita el transporte y montaje, bajando además las solicitaciones de peso propio en la estructura. 8. Experiencia y tecnología disponible: es un material ampliamente conocido y su tecnología está en permanente desarrollo. 9. Costo competitivo: no sólo del material sino del ahorro de tiempo y mano de obra para la construcción. 10. Apariencia agradable. Limitaciones de la madera Son los posibles ataques de los agentes: Fig. 3: Durabilidad natural de las maderas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 205 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 206 A. Biológicos que atacan la madera 1. Hongos: provocan la pudrición de la madera. 2. Insectos xilófagos (xilón = madera) B. Climáticos C. Fuego Tratamientos de la Madera Existen maderas que por sus características especiales tienen una resistencia natural a algunos de los ataques citados anteriormente. En especial las maderas duras de la zona norte de nuestro País. Ver cuadro I de la figura 3. Allí se observa la durabilidad natural de las maderas más comunes. Para elevar la durabilidad natural existen distintos tratamientos de la madera: A. Ataques biológicos Ante ellos se aplican un conjunto de técnicas conocidas como de preservación. Para ello se utilizan compuestos químicos. A.1. Creosotas: productos oleosos derivados del alquitrán. Se usan hace muchos años, insolubles en agua. Actúan contra los hongos e insectos. No son corrosivos. Pero despiden olor fuerte, impiden el pintado y encolado. Sólo en condiciones especiales se pueden usar en viviendas. La creosota debe responder a las Normas IRAM 9512 y 9593/83. A.2. Orgánicos: El pentaclorofenol y pentaclorofenato de sodio. El primero soluble en aceite y el segundo, derivado del primero soluble en agua. Es muy eficaz contra hongos e insectos xilófagos. Irrita la piel y las mucosas. El Ministerio de Salud y Acción Social de la Nación, por Resolución 356 del 29 de diciembre de 1994, prohibe la fabricación, importación y uso del Pentaclorofenol y sus derivados, por considerar al producto como un riesgo innecesario para la salud de la población. En algunos estados de EE.UU., se permite bajo estrictas condiciones de control que lo utilicen industrias matriculadas, periódicamente vigiladas. A.3. Inorgánicos: Son compuestos en forma de sales que se mezclan con agua para penetrar en la madera, para modificar su composición química y hacerlo no apetecible a los agentes biológicos que la atacan. Sales de Cromo Cobre Arsénico (CCA): es un compuesto que tiene esos ingredientes activos a partir de sus óxidos o sales. Es un eficaz preservante. La Norma IRAM 9515 define su composición química. Sales de Cromo Cobre Boro (CCB): Estas sales son de eficaz comportamiento como fungicida e insecticida. Al no contener arsénico son menos tóxicas que las anteriores. Métodos de tratamiento Superficiales A pincel: es el método más simple pero su protección es limitada. Pulverización: algo de líquido preservante logra penetrar. En estos dos casos el preservante debe ser del tipo oleoso (creosota o pentaclorofenol, con lo cual no adecuado para el uso en viviendas). Inmersión: se introduce la madera seca en recipientes que permiten mantenerla sumergida, cuanto más prolongado es el tratamiento mejores son sus resultados, dependiendo de las características de las maderas y del preservante. Baño caliente frío: consiste en la inmersión de la madera seca en baños alternativos en soluciones calientes y frías del preservante. Este proceso se realiza con las creosotas y el pentaclorofenol, con lo cual tampoco es adecuado a la generalidad de las viviendas. Métodos a presión El preservador se aplica a la madera dentro del autoclave, utilizando presiones distintas a la atmosférica. En estos métodos pueden regularse las condiciones de tratamiento, de modo que es posible variar la penetración y retención de los preservadores. Son los procedimientos que mejor se adaptan a la producción en gran escala de madera tratada. El equipo básico está compuesto por bombas de vacío, de presión, y tanques de almacenamiento, mezcla y medición. Grado de penetración Se refiere a la profundidad que puede alcanzar el preservante en la madera. Se definen 3 niveles; Penetración superficial: la profundidad media del preservante alcanza como mínimo 3 mm. Penetración media: es superior a 3 mm. y no supera el 95% de la zona impregnable. Penetración profunda: la profundidad media alcanzada por el preservante supera el 95% de la zona impregnable. Categoría de riesgo de ataque de agentes biológicos: a. Sin riesgo de humedad: la madera se mantiene con la humedad que tenía al llegar a obra. No hay riesgo de ataque de hongos pero sí de insectos. Ejemplo: puertas interiores, cielorrasos, etc. b. Riesgo de humedad accidental: existe la posibilidad de entradas accidentales de agua y escasa ventilación para su rápido secado. Ejemplo: estructura de techos y muros. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 206 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 207 c. Riesgo de humedad intermitente: periódicamente la madera está expuesta a fuertes variaciones de humedad. Ejemplo: carpinterías y revestimientos exteriores. d. Riesgo de Humedad Permanente: la madera está permanentemente expuesta a la humedad. Ejemplo: Maderas en contacto con el suelo. En la figura 4 se observa el Cuadro II, donde se resumen los tipos de riesgo y los tratamientos adecuados con sus correspondientes retenciones. Este cuadro es el que aconseja el Manual Técnico de la SVOA. Cantidad de preservante La cantidad de preservante a incorporar depende del riesgo y del tipo de preservante. Se expresa en kg./m3 (kilogramo de producto por metro cúbico de madera impregnable). La Norma IRAM 9505 establece las cantidades mínimas para los distintos usos. Especificaciones de la madera El empleo de madera tratada obliga al proyectista y constructor a disponer de los siguientes datos sobre la madera que empleará: 1. Identificación del ente que realizó la impregnación 2. Método de tratamiento 3. Especie de la madera 4. Preservante usado 5. Calidad del preservante (los análisis químicos y ensayos se harán según Norma IRAM 9512, 9515, 9593, y 9594). 6. Retención y penetración 7. Fecha del tratamiento B. Efectos del Clima El ataque consiste en la degradación superficial provocada por la lluvia, radiación solar y la abrasión de la arena y polvo con el viento. Para evitarla se desarrollan formas de protección superficial. Existen protecciones de dos tipos los que forman película y los que no. Entre los primeros se encuentran las pinturas y barnices. Las pinturas incorporan pigmentos opacos que protegen a la madera al reflejar la radiación ultravioleta (UV) (Ver figura 5). En el esquema se representa que a mayor cantidad de pigmentación, mayor será la luz reflejada. Normalmente los barnices forman películas transparentes que dejan ver la superficie de madera, no detienen la radiación UV. Las películas son una excelente protección contra la abrasión y la lluvia. C. Fuego Junto con las dudas sobre su durabilidad el prejuicio más difundido contra la madera se debe a que “se quema”. En el capítulo 3, se mencionó cómo el fuego afecta a todos los materiales, ciertamente el ladrillo tradicional es el que mejor se comporta. Sin embargo en varios países la mayoría de las viviendas se hacen de estructura de madera. Los tratamientos contra el fuego en las maderas buscan por un lado reducir el grado de combustibilidad de las mismas, efecto retardador, y evitar que la llama se propague rápidamente. La resistencia al fuego se define como el tiempo que un elemento continúa en aptitud de seguir cumpliendo su Fig. 4: Categorías de riesgo de la madera en la vivienda. Exigencias de tratamiento Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 207 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 208 Fig. 5: Efectos de la pigmentación en la protección de la madera función. Si es un elemento: 1. estructural: resistiendo cargas sin colapsar, 2. de cerramiento: impidiendo el paso de llamas y gases calientes (estanquidad o integridad) 3. aislamiento térmico: impidiendo que del otro lado del fuego la temperatura promedio aumente más de 140°C sobre la inicial. 4. ausencia de emisión de gases inflamables. En todos los casos se debe cumplir: Para columnas y muros de carga: 1 y 4. Para pisos y entrepisos: 1, 2 y 4. Para muros medianeros: 1, 2, 3 y 4. Se debe evitar que pueda haber emisión de gases venenosos hacia el interior de la vivienda. Como referencia para el proyecto se pueden tomar de las normas inglesas los valores que figuran en los cuadros de las figuras 6 y 7. En la fig. 6 se resumen los ensayos sobre el comportamiento al fuego de los materiales. Sobre esta referencia se confecciona la tabla de los requerimientos para cada elemento de una vivienda (figura 7). Las Normas nacionales se encuentran en proceso de ajuste con la posibilidad de los laboratorios de realizar los ensayos: Tratamientos ignífugos Hay dos métodos de emplear retardadores químicos o ignífugos. 1. Método de recubrimiento Consiste en aplicar revestimientos de pinturas intumescentes. Algunas de estas pinturas permiten a su vez ser recubiertas con pinturas comunes. Debido a las características de algunos de los ingredientes, ante la presencia del calor se hinchan formando una espuma que actúa como aislación protectora ante la acción del fuego. Si estos revestimientos son aplicados correctamente se puede reducir hasta un 75% las posibilidades de propagación de la llama. 2. Método de impregnación Mediante este tratamiento se pretende que la madera no arda fácilmente cuando es sometida a la acción de las llamas o de calor intenso, produciéndose una carbonización sin llama, que evita la propagación al resto de la vivienda. Este tratamiento reduce la cantidad de calor li- Fig. 6: Resumen de los ensayos de comportamiento ante el fuego. Normas inglesas. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 208 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 209 Fig. 7: Resumen de las exigencias ante el fuego, para viviendas. Normas inglesas Fig. 8: Esquema de carbonización de la madera berado durante la combustión, lo que permite que la llama se extinga cuando es retirada la fuente de calor. Los productos de impregnación son sales que se aplican por tratamientos de presión como las sales CCA y CCB. Las más comunes son las basadas en el fosfato monoamónico y diamónico, sulfato de amonio, cloruro de zinc, tetraborato de sodio y ácido bórico. Hay que tener presente que estos procesos debilitan la resistencia mecánica de la madera entre un 10 y un 15%. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 9: Detalles cortafuego 209 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 210 Formas para que los elementos de madera cumplan los requerimientos contra el fuego La resistencia al fuego: entre 1/2 h y 1 h, se alcanza con el uso de secciones sobredimensionadas a las solicitaciones de carga, de tal manera que esa madera que se carboniza inicialmente aislando al resto durante el tiempo necesario: Ver figura 8. La otra forma de aumentar la resistencia al fuego es revestir la sección de madera con placas de yeso, amianto, revoque, pinturas intumescentes, etc. La Resistencia a la propagación de la llama, clase 1, se consigue con los tratamientos ignífugos. Para alcanzar la clase 0, se necesita de revestimientos, yeso, amianto, cemento, pinturas intumescentes, etc. Detalles de diseño contra el fuego Cavidades Los revestimientos interiores y exteriores sobre la estructura de madera definen cavidades o espacios huecos, que favorecen la propagación del fuego. Se debe tener especial cuidado que las mismas no sean de más de 8 m de largo ni sus superficies de más 25 m2. Para conseguir su compartimentación se emplean tablas de 2” como contrafuegos para limitar las cavidades. En la figura 9 se observan dos detalles de cortafuegos que acotan cavidades. Las cañerías que pueden tener altas temperaturas deben ser envueltas en algún elemento aislante (lana de vidrio), al atravesar la madera. La instalación eléctrica no se debe colocar sobre los muros medianeros. Conductos de humo De estufas a leña, carbón o petróleo deben ser separados 20 cm., rellenos de material incombustible de la madera. De estufas o artefactos a gas, deben ser separados 5 cm. empleando material incombustible al atravesar muros y techos. Comportamiento de los materiales relacionados a la construcción con madera Madera: Se enciende entre los 250 y 300 grados, se carboniza a una velocidad de 0.6 mm por minuto (0.8 mm para secciones de menos de 1”). La madera laminada con empleo de resorcinol, se comporta como la maciza. Las maderas de densidad de más de 400 kg./m3, tienen una propagación clase 3, el resto es de clase 4. Contrachapado (Terciados) y aglomerado: Se comportan igual a la madera maciza. Tablero de fibras: Los tableros duros se comportan igual a la madera maciza pero para los blandos la velocidad de carbonización es mayor. Fig. 10: Tablas de tiempos de resistencia al fuego Tablero o placa de Yeso (Tipo Durlock): No contribuye a propagar la llama y sirve de protección a los elementos estructurales. Aumentando su espesor se consigue aumentar la resistencia al fuego del elemento recubierto. Tablero de Amianto-Cemento (Fibrocemento de 9 mm a 2.5 mm): Al ser incombustible, es un escudo Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 210 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 211 contra el fuego, pero conduce el calor, por lo tanto se debe aislar por detrás. Se puede conseguir con 9 mm, 1 hora de resistencia al fuego y 1 hora con 12 mm. Fibra de Vidrio y lana mineral: Se comportan de manera similar, son incombustibles. Muy empleadas como cortafuegos. Con una tela metálica de armado, con 40 mm de espesor, puede resistir hasta 1 h de fuego. Sin armar el fuego directo le provoca importantes cambios de forma en pocos minutos (de 5 a 10 ). Vidrio: Si es armado puede resistir hasta una hora dependiendo también de la correcta fijación en el marco. Productos de Cerámica y cemento: Son incombustibles y resisten hasta que se quiebran. En las Tablas 1 y 2 contiguas (figura 10) se muestran dos cuadros de la NRC de Canadá donde se le asigna a cada tipo de cerramiento un tiempo de resistencia al fuego. Sistemas estructurales Dentro de la clasificación inicial de Sistemas Livianos con estructura independiente o revestida, se pueden analizar dos grupos. 1. Sistema de esqueleto, o lineal 2. Sistema de entramado (framing) 1. Sistema de Esqueleto Lineal o de columnas, vigas o cabriadas. Tradición Centroeuropea. (Ver fig. 11) Esta forma de estructura tiende a concentrar las cargas en vigas o cabriadas que a su vez descargan en columnas. Las distancias entre columnas son de por lo menos 1.20 metros y superiores. Las luces de las vigas no suelen exceder los 4 metros y las cabriadas se emplean de los 6 metros en adelante. Ventajas - Permite construir en planta baja y especialmente en pisos altos. - En cuanto al armado de la estructura en sí, economiza mano de obra y material al ubicar a ésta donde es estrictamente necesario. Generalmente no se requieren dinteles para puertas y ventanas. - Permite diseños muy flexibles. - Es ventajosa para las zonas donde la vivienda debe estar elevada, por ejemplo zonas anegadizas. - Velocidad de montaje. - Cuando se emplean cabriadas se dispone de una superficie interior totalmente libre para disponer la tabiquería interior. Fig. 11: Sistema de esqueleto o tradicional centroeuropea Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 211 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 212 Fig. 12: Balloon Framing o casa sueca Fig. 13: Platform Framing. Casa inglesa Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 212 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 213 Fig. 14: Ilustración de tipos de entramados. Extraído del Graphics Standards. Ramsey & Sleeper Limitaciones - Al ser tan flexible, es frecuente la aparición de detalles especiales no tipificados, lo cual entorpece la industrialización. - La presencia de las columnas dificulta la continuidad de las aislaciones. - El tipo de revestimiento de las paredes está limitado por la distancia entre columnas. 2. Sistemas de entramado Básicamente se utilizan tablas de secciones reducidas espaciadas entre 40 y 60 cm. Generalmente tienen el mismo espesor y varían en su longitud. Con estos entramados se construyen las estructuras de muros y entrepisos, que luego se cubren con placas u otro revestimiento. Es la forma tradicional de construir viviendas en América del Norte. En la figura 12 se puede observar el entramado global (balloon framing o tradicional sueca) y en la figura 13 el de plataforma (platform framing o tradicional inglesa). La figura 14 reproduce una antigua publicación norteamericana que es testimonio de lo tradicional de los sistemas de entramado. El balloon framing tiene como característica principal el largo de los parantes (studs) que alcanza a cubrir dos pisos. Ello permite que las viguetas de entrepiso se claven sobre estos parantes. Esta forma constructiva ha sido dejada de lado y es reemplazada casi totalmente por el platform framing. En este entramado los muros tienen la altura de un piso, apoyan sobre la “plataforma” de base y reciben la “plataforma” del entrepiso. Si bien requiere la doble solera superior para el apoyo del entrepiso, ya no necesita tablas tan largas. Fig. 15: TABLA A. Característica de los grupos de maderas. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 213 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 214 Fig. 15: TABLA B. Agrupación de las maderas El platform framing permite prearmar tramos de muros o sea “panelizar” las estructuras, aumentando así la eficiencia en el montaje. Otra ventaja es la de ofrecer plataformas de trabajo limpias para trabajar o prearmar. La doble solera superior ofrece un corta fuego natural, que en el caso del balloon framing hay que colocar tablas al efecto. La distancia entre los parantes normalmente varía entre los 40 y 60 cm. según la carga que soporta la pared y el tipo de recubrimiento que se le colocará. En América del Norte se emplean dos procedimientos Manual de Construcción Industrializada Fig. 15: Tabla C. Fórmulas para dimensionado de madera 214 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 215 para realizar el entramado de las paredes, uno es en la misma obra, en posición horizontal utilizando el bastidor armado y luego se levanta (tilt up) y se coloca en su emplazamiento definitivo. La otra forma es comprar a un proveedor los bastidores hechos y montarlos en obra. La doble solera superior ayuda a unir los distintos bastidores al solaparse las mismas. La modalidad del platform framing es la que se emplea en la mayoría de los casos. Clasificación de las maderas y propiedades mecánicas: Las maderas empleadas en la construcción se agrupan según su función en estructurales y no estructurales: revestimientos y carpinterías. Se han clasificado a las maderas más comunes en nuestro medio, en seis grupos de acuerdo a su resistencia. En las tablas A y B de la figura 15 se dan los valores del Manual del uso de la Madera de la SVOA. En la tabla A se asignan valores de tensiones, densidades y módulo de elasticidad a flexión de cada grupo de madera. La tabla B permite identificar a 19 tipos de maderas con un grupo que representa a las que tienen similares características físico - mecánicas. En la tabla C de la misma figura, se resumen las fórmulas básicas para verificar las secciones de madera. Formas de tomar las fuerzas horizontales: Fig. 16: Tipos y detalles de contraventeos y cruces de San Andrés Los sistemas de madera emplean en general dos tipos de arriostramiento ante las fuerzas horizontales. 1. Contraventeos o cruces de San Andrés (Ver figura 16) Las formas o inclinación pueden ser diversas, y dejar de ser cruces, pero el principio es conducir el esfuerzo horizontal a sus apoyos por medio de la compresión y tracción de elementos verticales e inclinados. Son los más apropiados para los sistemas estructurales basados en columnas y vigas, en los sistemas de entramado también son empleados pero requieren un trabajo de corte de parantes. Las cruces de San Andrés son muy eficientes para el arriostramiento, sin embargo eso le provoca que se concentren los esfuerzos. Esta concentración puede llevar a tener uniones muy solicitadas y por lo tanto ser muy distintas a las del resto de los elementos. Una forma de evitarlo es disponer una cantidad adecuada de cruces para distribuir los esfuerzos. Si la cruz se dispone sobre un entramado pueden emplearse tablas, que al estar clavadas sobre los parantes disminuyen las luces de pandeo. Se emplean también flejes de chapa de acero galvanizado, tensores de hierro redondo o perfiles para las diagonales de tracción. El proyectista debe tener en cuenta que el arriostramiento no consiste sólo en las diagonales, pues estas no funcionan sin los elementos verticales y sus anclajes toman y transmiten los esfuerzos. 2. Tableros rígidos: Se aprovecha la capacidad de cierto tipo de tableros para tomar por corte en su plano, las fuerzas horizontales en uno de sus extremos y conducirlos a otro. Ver ejemplos en figura 17. Para ello se requieren tres condiciones mínimas: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 215 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 216 • Resistencia al corte del material: El material del tablero debe ser resistente al corte y su espesor adecuado a las solicitaciones. Los más utilizados son los contrachapados, también llamados terciados o compensados (ply- wood), que se fabrican en diversos espesores, maderas y adhesivos, por lo tanto ofrecen distintos valores de corte. En Norteamérica su fabricación está normalizada y el proyectista dispone, por ejemplo en UBC (Uniform Building Code) de los valores para el cálculo. Otros tipos de tableros como los cementicios, de fibra, aglomerados e incluso los de yeso, ofrecen diversos valores de resistencia al corte. En nuestro país no se dispone del sistema de fabricación bajo normas para asegurar esos valores, por lo tanto sólo podemos valernos de ensayos o de hipótesis muy desfavorables. • Condiciones de bordes: deben asegurarse que el esfuerzo horizontal se transmita al tablero y por lo tanto deberán verificar las uniones, de igual manera donde el tablero descarga, es decir en su parte inferior. Estamos hablando de tableros que se clavan o atornillan a las columnas, vigas o a los entramados, esos clavos o tornillos deben asegurar el pasaje de esfuerzos. • Prevenir el abollamiento: (pandeo de placas). Las tensiones que se generan en los tableros pueden hacer que estos se “abollen” o arruguen. Para evitarlo se acotan los paños con rigidizadores, es decir elementos que ofrecen resistencia al pandeo del tablero. Cuando estas placas se clavan sobre los entramados los parantes intermedios ofician de rigidizadores. El uso de tableros o placas como arriostramientos es típico de los sistemas de entramado donde debido a la forma constructiva y modulación de los parantes se cumplen perfectamente las condiciones anteriores. El diseño en Canadá y EE.UU. se simplifica con tablas (UBC) donde se suministran los valores de corte admisible para cada tipo de tablero, su espesor, la separación de los elementos del entramado, su sección, el tipo de clavos y su cantidad por unidad de longitud. Fig. 17: Tableros que toman el esfuerzo horizontal Fig. 18: Esfuerzo de corte admisible en kg/m para muros de tableros contrachapados (Plywood) Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 216 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 217 A modo de ejemplo se transcribe una tabla del UBC, ver figura 18, donde se tabulan los esfuerzos de corte que puede tomar un muro de madera contrachapada (terciado) con armazón de pino Douglas. Es válido cuando los bordes de los tableros están apoyados sobre un entramado de 2” o más. La madera contrachapada se coloca horizontal o verticalmente y los clavos espaciados a 6” a lo largo de los miembros intermedios del entramado para contrachapado de 3/8” colocado sobre montantes separados a 24”. Estos valores son para cargas de viento y sismo. Para cargas normales se deberán reducir los valores en un 25%. Uniones Mecánicas Clavadas La forma deseable de trabajo para estas uniones es al corte, para evitar salidas de los clavos. La capacidad de los clavos de transmitir carga depende de su diámetro y del tipo de maderas que une. Como dato orientativo se puede tomar que el diámetro de los clavos debe ser una décima parte del menor espesor de las maderas a unir. La longitud del clavo debe ser tal que penetre por lo menos 10 veces su diámetro (d) en la madera última y Fig. 19: Uniones clavadas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 217 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 218 Fig. 20: Uniones con chapas, flejes y cartelas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 218 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 219 no menos de 7 d en la primera madera (si es contrachapado será 3d). Cuando se clava una placa, el largo del clavo debe ser por lo menos 3 veces el espesor de la placa y en lo posible no más grueso que 1/3 del espesor de la placa. Por ejemplo, placas de 9 mm se clavan con clavos de 2.6 mm. Ver figura. 19. Los clavos lanceros o inclinados deben colocarse con una inclinación entre los 30° y 45°, reduciéndose proporcionalmente su resistencia si el paso por la primera pieza es de menos que 7d. No se permitirán clavos de acero sin tratamiento anticorrosivo. Ni clavos de aluminio o cobre para usos estructurales. Estas especificaciones son válidas para estructuras de no más de 7 metros de altura y vientos de referencia de menos de 40 m/seg. Ventajas: Es una unión económica, se usan clavadoras automáticas portátiles y el control es sencillo. Desventajas: Por su escasa sección requiere gran número de clavos para resistir esfuerzos importantes. Chapas y multiclavos Son una extensión de las uniones clavadas y resuelven, aprovechando la resistencia de la chapa, uniones que serían demasiado complicadas con clavos. Los clavos que atraviesan estas chapas resisten un 25% más. Las chapas deben ser galvanizadas y de por lo menos 1.2 mm de espesor. Ver figura 20. Los conectores, o chapas que traen incorporados sus propios clavos, se rigen por normas que especifica el fabricante a través de ensayos. Pernos y Tornillos Los tornillos ofrecen una resistencia al arranque de dos a tres veces mayor que la de los clavos, y permiten el desmontaje. El largo del perno o bulón debe ser tal que sobresalga por lo menos una vuelta de rosca después de la tuerca. Se deben usar arandelas para la cabeza y para la tuerca. Como valor orientativo del diámetro del perno se debe tomar un tercio del espesor de las maderas a unir. Los pernos con elementos auxiliares como los conectores (platos dentados, anillo partido, etc.) permiten aumentar la capacidad de la unión y según su diseño evitar su rotación (Ver figura 21). Es de fundamental importancia evitar la corrosión de los elementos de unión. Encoladas Las uniones encoladas permiten aprovechar mejor la madera y transmiten completamente los esfuerzos de corte. El ideal es hacerlas en fábrica, donde se pueden Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 21: Tornillos, pernos y accesorios 219 Capítulo 09 24/04/2001 3:32 PM Page 220 controlar. Se debe asegurar que la cola empleada sea resistente a la humedad y a los ataques biológicos. Ver figura 22. Encastradas Este tipo de uniones que trabaja por forma, necesita complementarse con alguna de las fijaciones anteriores para inmovilizarla. Ver figura 23. presente que la barrera de vapor va hacia el interior de la vivienda. Finalmente como recomendación se sugiere cuidar especialmente la continuidad de las barreras, y en la medida de lo posible prever una segunda línea de defensa, es decir que ante el fallo de una de las barreras hidrófugas o entrada accidental de agua, exista la posibilidad Cerramientos Para completar los muros, sobre la estructura de madera se pueden disponer diversos tipos de cerramientos. El muro debe contar con los elementos tales (Ver figura 24) que aseguren el correcto funcionamiento: •Aislación hidrófuga: En general se usan papeles alquitranados o similares, que no sean estancos al paso del vapor de agua, es decir que permitan respirar al muro. •Aislación térmica: Las cavidades entre las caras de los muros permiten utilizar cualquier tipo de aislante en espesores importantes. •Barrera de aire: Cuando el cerramiento exterior permite el paso del aire, como por ejemplo el entablado o los siddings de chapa estampadas se necesita poner un freno al viento. Lo usual es emplear el papel alquitranado o de otro tipo, sobre un tablero de apoyo, por ejemplo un contrachapado. Existen en el mercado norteamericano los llamados tableros de tormenta que cumplen las dos funciones. •Barrera de vapor Una vez analizado, si existe riesgo de condensación intersticial, según Norma IRAM 11625 se emplean, en general, films de polietileno detrás de los tableros interiores. Existen también algunos aislantes que la traen incorporada, en estos casos el profesional debe tener siempre Fig. 22: Uniones encoladas Fig. 23: Uniones encastradas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 220 Capítulo 09 24/04/2001 3:33 PM Page 221 Fig. 24: Funcionamiento de los muros con estructura de madera. Corte vertical de que el agua acumulada se pueda secar en una estación más favorable. En este sentido son útiles las ventilaciones y la correcta colocación de los materiales en el interior. Tipos de cerramientos Madera En tablas solapadas o machihembrados, tejuelas Ver figuras 25 y 26, siempre se debe asegurar el escurrimiento del agua. En el caso de las tablas exteriores el espesor mínimo debe ser de 19 mm. Se debe prestar especial atención a los clavos para evitar su corrosión. Cuando se coloca un cerramiento de madera hay que prever los movimientos que tendrá por los cambios de humedad. Por detrás del entablado debe poder circular aire que le permita secar cualquier tipo de humedad accidental excesiva. Los extremos de las tablas deben estar protegidas como se muestra en la figura 25. Se debe procurar que los aleros sean generosos para resguardarlos de la lluvia y el sol. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 26: Variedad de revestimientos con madera 221 Capítulo 09 24/04/2001 3:33 PM Page 222 Fig. 27: Detalle de revestimiento con revoque Fig. 25: Esquemas de distintos cerramientos con madera Revoques Deben tener por lo menos 2 cm. de espesor y se proyectan sobre una malla de metal desplegado o de algún plástico estable ante la presencia del cemento. Los revoques generalmente son en base a cemento y arena con agregados sintéticos para evitar las fisuras y aumentar la adherencia. Ver figura 27. Fig. 28: Detalle de cerramientos con tableros de fibra Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 222 Capítulo 09 24/04/2001 3:33 PM Page 223 Fig. 30: Detalle de cerramiento con chapas estampadas Fig. 29a: Detalle de cerramiento con mampostería Fig. 29b: Cerramiento con mampostería Placas de Fibrocemento o similares Cuando se emplea este tipo de cerramiento se cubre con una capa delgada, 2 mm, de revoque plástico para cubrir las juntas de los tableros. Ver figura 28. Mampostería La mampostería en estos casos se apoya directamente sobre la fundación. Se debe vincular a la estructura de alguna manera, para ello es común el uso de planchuelas flexibles e inoxidables, aproximadamente 6 por metro cuadrado. La práctica común es dejar una cámara de aire de 2,5 cm. que separa la mampostería y el tablero donde se aplica la barrera de viento. Esta cámara de aire debe contar con drenajes para evitar cualquier acumulación de agua que ingrese accidentalmente. Ver figura 29. Siddings de metal, plásticos, etc. Imitando el aspecto de la madera o con diversas texturas, se clavan o atornillan sobre un tablero que les sirve de respaldo. Ver figura 30 ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 223 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 225 CAPITULO 10 Sistemas con estructura de madera en la Argentina Introducción E n nuestro país el empleo de madera en los sistemas constructivos es muy escaso, esta realidad no se compadece con la idoneidad del material ni con los recursos forestales argentinos. Han existido y existen valiosos emprendimientos locales, sobre todo en la zona norte del país, que no han alcanzado difusión nacional. Hay empresas que ofrecen viviendas de estructura de madera con tecnología norteamericana y en ciertos casos con materiales de esa procedencia. Por último existe un mercado marginal de “subviviendas” o “prefabricadas” que emplea madera sin ningún tratamiento ni control, con graves errores de diseño y sin cumplir mínimas normas de habitabilidad, que hacen asociar el concepto de empleo de madera con baja calidad. Estas subviviendas o casillas difícilmente duren más de Fig.1: Vivienda en San Salvador de Jujuy. Sistema MDN Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 225 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 226 7 u 8 años y su costo para la prestación que ofrecen es alto. La forma de comercializarlas es lo que les permite a los fabricantes de estos productos dominar el mercado informal de los suburbios de las grandes ciudades. En este capítulo se expondrán sistemas que ofrecen viviendas de calidad que cumplen con las normas de seguridad, habitabilidad y sobre todo de durabilidad. El primero, será un sistema del norte de nuestro país: el Sistema MDN. En segundo lugar se mostrará la forma de construir tradicional en América del Norte que ha sido adoptado por varias empresas nacionales, y el tercer ejemplo es el sistema DCkit que ya lleva varios años de comercialización en nuestro medio. Finalmente, si la industrialización de la vivienda es un desafío, el empleo de la madera en la misma lo es aún más, sin embargo en el país donde más viviendas se construyen en el mundo, los Estados Unidos, casi el 90% de las mismas se construyen con madera. Sistema MDN Fig. 2: Encuentro de esquina del entramado. Sistema MDN Es un sistema que ha obtenido el C.A.T. recientemente y pertenece a la empresa Maderera del Norte de la ciudad de San Salvador de Jujuy, ha sido desarrollado en esa zona del norte de nuestro país con aportes técnicos de expertos peruanos. Ver figura 1. la colocación de diagonales en las esquinas de sección 2” x 3”. Para las viviendas de planta alta, ver figuras 3 y 4, las secciones de los elementos estructurales de la planta baja se aumentan de 3” a 4”. El entrepiso se arma con vigas 4” x 8” cada 40 cm, y sobre ellas se clava un entablado de 3/4” de espesor. Para todas las uniones clavadas se emplean clavos espiralados. Para la estructura del techo, se emplean cabriadas de madera cuya sección responde al cálculo estructural. Descripción: Se trata de un sistema liviano con estructura de madera que se arma en el lugar. Permite la construcción de viviendas en planta alta. Realizadas las fundaciones se monta la estructura de parantes, travesaños y diagonales de maderas de pino Elliotis producidas en la zona y tratadas con CCA. Los muros llevan aislación térmica y acústica de lana de vidrio y se revisten ambas caras con machihembrado de madera. Los locales húmedos en su interior llevan placa de yeso especial. Los entrepisos son de vigas de madera como así también las cabriadas del techo. Las instalaciones se embuten en los muros, techos y pisos. No se emplea tabique sanitario. Estructura: Para las viviendas de planta baja solamente: Está compuesta por una solera inferior de sección 2” x 3”, ancladas a la fundación. A esta solera se fijan parantes de 2” x 3” cada 48 cm entre ejes. Ver figura 2. Para reforzar esta unión se emplean planchuelas de acero en L de 60 x 60 x 2 mm, clavadas al parante y a la solera. A su vez, a los parantes se clavan travesaños de sección 2”x 3” cada 60 cm como máximo de eje a eje. Según el requerimiento del cálculo estructural, se prevé Revestimiento exterior: Se emplean tablas de madera machihembradas o en tingladillo, con un espesor de 3/4”. Revestimiento interior y de cielorraso: Se utilizan tableros o machimbre de 1/2” de espesor. En los locales húmedos placa de yeso especial de 12,5 mm. Aislación hidrófuga y de viento: Papel TYVEK. Aislación térmica: Lana de vidrio de 5 cm de espesor y 10 kg/m3 de densidad. Barrera de vapor: Film de polietileno de 50 micrones. Proceso de montaje Preparado el terreno y dispuesta la zanja para la instalación sanitaria se ejecutan las fundaciones, que de acuerdo al suelo pueden ser de zapata corrida o platea. En Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 226 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 227 Fig. 4: Detalle de junta vertical en esquina. Sistema MDN Fig. 5: Solera sobre viga de fundación. Sistema MDN Fig. 3: Detalles de juntas horizontales para Planta Alta. Sistema MDN ambos casos se debe prever una elevación del piso terminado de la vivienda 30 cm por sobre el exterior. Ver fotografía de figura 5. En el hormigón de las fundaciones se dejan en espera bulones de 8 mm con rosca para fijar las soleras. Fijadas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 227 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 228 éstas, se les clava sobre el exterior el botaguas, ver figura 6, y luego se comienza a montar el entramado de columnas y travesaños que se prearma sobre el contrapiso. Simultáneamente se comienza el clavado de las soleras de los muros interiores (Ver figura 7). Se clavan los parantes sobre la solera y se refuerzan las uniones con las planchuelas en ángulo. En las figuras 8, 9 y 10, se observan detalles de los arriostramientos, cabriadas y aberturas. El papel hidrófugo se clava sobre la cara exterior de la estructura solapando los extremos. Se comienza el clavado del entablado exterior y de los tapajuntas de esquina. A partir de este momento se puede armar el entrepiso o colocar las cabriadas, apoyadas en los muros exteriores. Armada la estructura superior y colocada la cubierta se procede a colocar la aislación y barrera de vapor para luego terminar con el revestimiento interior. Fig. 6: Colocación del botaguas. Sistema MDN Conclusiones: La disposición de recursos naturales y la baja calificación de la mano de obra necesaria permite que un sistema como este, u otros similares, se desarrollen y ofrezcan una alternativa a la construcción tradicional de la zona. La diferencia más notable con los sistemas norteamericanos es el empleo de la sección de 2” x 3” en los pa- Fig. 9: Entramado de muros y cabriadas. Sistema MDN Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 7: Entramados de muros interiores. Sistema MDN Fig. 8: Detalle de arriostramientos. Sistema MDN 228 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 229 Fig. 11: Construcción de entramado de madera tecnología usada con buenos resultados en los EE.UU. y el Canadá. Entre otros se pueden contar MODULEX, Las Marías, EMB que han obtenido el Certificado de Aptitud Técnica. Fig. 10: Detalle de aberturas. Sistema MDN rantes en las viviendas en planta baja y el empleo de machimbre interior. Sus soluciones constructivas no son completamente moduladas ni industrializadas. Sistemas Norteamericanos de entramados de madera (Wood frames houses) Desde fines de la década del 70, se están introduciendo en nuestro país sistemas constructivos que emplean la Descripción general: Se basan en el empleo del entramado (frame), de parantes (studs) de madera de sección de 2”x 4” cada 40 cm y soleras (plates) superior e inferior. Usando el sistema de plataforma (o de casa inglesa), construyen los muros externos portantes revestidos de distintos tipos de placas o tableros. La estructura de entrepisos se resuelve con vigas de madera cada 40 cm. Para los techos se emplean cabriadas ligeras, también de madera, cada 40 cm. El sistema constructivo basado en este entramado estructural permite que el mismo se arme a pie de obra, ver figura 11, o que se panelice el bastidor en fábrica. Fig. 12: Entramado panelizado del Sistema EMB Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 229 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 230 Fig. 13: Encuentro de muro y techo. Sistema EMB Efectivamente existen numerosas empresas que a partir de los planos de arquitectura de una vivienda elaboran los entramados y los remiten a obra donde son montados y fijados a las fundaciones. Estos paneles pueden ser simplemente los parantes y las soleras de madera o además traer clavado el tablero de contrachapado o la barrera de viento. En el sistema EMB, viene panelizado el tablero fenólico, 1.22 m x 2.44 m con 3 columnas, ver figura 26. Este panel se clava sobre la solera previamente fijada a las fundaciones y a la columna de esquina que inicia el entramado. El recubrimiento interior es mayoritariamente la placa de yeso (Gypsum board), que se atornilla al entramado. La placa de uso en Norteamérica es de 1,22 m de ancho por 2,44 de alto y espesores variables, la usual de muros es 1/2”. La aislación en general ocupa los 10 cm del ancho del entramado y para ello se emplean distintas clases de lanas de vidrio y minerales e incluso algunas espumas rígidas. La barrera de vapor suele colocarse por separado de la aislación para poder darle continuidad. Lo más común son los filmes de polietileno y cintas engomadas para evitar los cortes de la barrera en sitios con instalaciones. Las terminaciones o revestimientos hacia el exterior se ajustan a lo descripto en capítulo anterior. En el certificado de aptitud técnica (CAT) de Modulex, Fig. 14: Cronograma para la construcción de una vivienda. NAHB Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 230 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 231 se le aprobaron 4 variantes de terminación: a) Tingladillo de madera, b) Machihembrado de madera, c) Sidding de P.V.C. y d) Mampostería de ladrillo. El Sistema E.M.B. presenta como revestimiento exterior un tablero de terciado fenólico que se utiliza como respaldo de un salpicado cementicio impermeable ejecutado en el lugar previa interposición de un cartón embreado continuo y una malla metálica. Los cordones inferiores de las cabriadas del techo o las vigas del entrepiso ofrecen cada 40 cm una sección de madera donde clavar el cielorraso de placas de yeso (de 9 mm de espesor como mínimo) (Ver figura 13). Antes se debió colocar la aislación y barrera de vapor del techo, en general del mismo tipo que la de los muros. Los tabiques divisorios interiores también se realizan con entramados de madera y se acostumbra, cuando se desea aumentar la aislación acústica, colocar aislación en el interior. Fig. 15: Montaje de los entramados. Sistema Modulex Fig. 16: Montaje del techo. Sistema Modulex Proceso de montaje Una de las ventajas que presenta este sistema respecto a nuestra forma tradicional de construir con mampostería, es la velocidad con que se construye la vivienda. Tomaremos como referencia para describir el tiempo normal de construcción de una vivienda tipo el que da la Guía del centro de constructores NAHB (National Association of Home Builders) de EEUU. (ver figura 14). La primera semana se emplea en la preparación del terreno, replanteo y las excavaciones para la fundación y las instalaciones sanitarias. Antes de ejecutar las fundaciones se procede a la 1ra. inspección de las instalaciones subterráneas y la exactitud del replanteo. En la segunda semana después de las fundaciones comienza el montaje del entramado de madera y las aberturas exteriores. Ver figura 15. En la tercera semana comienza a cerrarse el exterior del entramado y los entablados de entrepisos (Ver figura 16). También se distribuyen las cañerías de las instalaciones. En la cuarta semana se coloca la cubierta del techo y se termina el exterior o la cáscara de la vivienda, pudiéndose proceder al pintado exterior. Ver figura 17. Mientras tanto se completan las cañerías de ventilación, calefacción y aire acondicionado y son colocados los equipos. Ver figura 18. Así al comienzo de la quinta semana se puede realizar la 2da. inspección denominada de entramado abierto (open framing inspection). Se controlan las especificaciones estructurales, el cerramiento exterior y las instalaciones. Tras esta inspección se colocan las aislaciones y las barreras de vapor, ver figura 19, para luego colocar las placas de yeso que cierran los entramados. Lo mismo se hace con los cielorrasos. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 17: Cerramientos. Sistema Modulex Fig. 18: Colocación de instalaciones en muros interiores 231 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 232 En la sexta semana se recubren los tabiques interiores, se colocan las puertas y placares. Durante la séptima semana continúan los trabajos interiores, incluyendo pintura y colocación de pisos y revestimientos de baños. En la octava semana se terminan las instalaciones y se colocan los artefactos sanitarios. En la novena semana se colocan las alfombras, se finalizan las terminaciones pendientes y se hace la inspección final. Detalles constructivos El proyectista o constructor que emplee esta forma constructiva, ampliamente probada en otros países, debe tener presente ciertos detalles que pueden hacer fracasar el proyecto o la construcción. Hemos observado en viviendas de este tipo construidas en nuestro País, errores groseros de proyecto y de construcción. Efectivamente, algunas de estas viviendas de estructura de madera, se compran completas por catálogo en una fábrica de EE.UU., y sin mayores referencias del lugar donde van a ser implantadas. Tal es el caso de un edificio de planta baja y 2 pisos altos que se debía emplazar en zona sísmica y de fuertes vientos y no tenía ninguna prevención en ese sentido, eso sí tenía techos de fuerte pendiente para la nieve. A continuación se describen algunos detalles constructivos a tener en cuenta: Fig. 19: Colocación de aislaciones Estructurales Como en todas las viviendas livianas el arrancamiento de techos y muros por efecto del viento es común. Por eso se deben prever piezas de unión del tipo de los que se observan en la figura 20 en cabios o cabriadas. El espesor de la pieza y la cantidad de clavos dependerán de la solicitación. Los anclajes de los muros deben estar calculados para evitar su arrancamiento, debe siempre evitarse la concentración de esfuerzos, que puede provocar la rotura o desgarramiento de la madera (Ver figura 21). Ante cierta magnitud de esfuerzos el clavado no alcanza y se recurre al abulonado, siempre verificando la resistencia de la madera a la tracción. En las construcciones con más de un piso alto se debe prestar atención a la transmisión de los esfuerzos de un piso a otro. En la construcción tradicional de mampostería la continuidad de columnas de hormigón, o el peso propio de los ladrillos no requiere esta comprobación, sin embargo es un detalle clave en los sistemas livianos y en zonas ventosas o sísmicas. En la figura 22 se observa cómo se le da continuidad a los parantes de los muros de corte, sin esta planchuela o perno, la transmisión de esfuerzos de tracción en el diafragma vertical sólo se materializa a través del clavado, y éste puede ser Fig. 20: Uniones metálicas para evitar la voladura de techos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 232 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 233 Fig. 21: Refuerzo en el anclaje de muros Fig. 22: Uniones metálicas para continuidad de piso a piso Fig. 23: Vinculación clavada de muros de distintos pisos insuficiente. La falta de este tipo de elemento estructural obliga a otros elementos, como por ejemplo los revestimientos, a tomar esfuerzos para los cuales no están preparados, originando fisuras. Se debe verificar la continuidad en los diafragmas de entrepiso y su unión con los muros de corte. Como se vio, estos deben ser diafragmas rígidos para distribuir los esfuerzos horizontales a los muros de corte. Cuando se les practica una abertura, como el pasaje de una escalera, hay que reconstituir esa continuidad con refuerzos. No debe olvidarse la unión que vincula el entrepiso con los muros de corte. En el detalle de la figura 23 se ob- serva la forma normal de vincularlos; se debe calcular si los esfuerzos por metro lineal pueden ser soportados por los clavos o si es necesario colocar más clavos por metro. El proyectista tratará de distribuir en varios muros de corte el esfuerzo para evitar su concentración. Fundaciones En la figura 24, se observa el detalle de una fundación sobre zapata corrida, que puede o no formar una unidad con la losa que hace de contrapiso en el interior de la vivienda. La elevación del nivel de piso terminado sugerida es de por lo menos 20 cm por sobre el terreno natural. Se recomienda una aislación vertical por delante de la zapata de fundación que dificulta el escape del calor por el piso. Este tipo de precaución es válida para cualquier sistema constructivo y es fundamental su co- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 233 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 234 1 2 1 3 2 4 3 5 6 11 7 4 5 8 9 6 10 Referencias 12 1. Parante 2. Solera del entramado 3. Tablero de piso 13 14 4. Viga de piso 5. Solera de anclaje 6. Anclaje Fig. 25: Detalle de fundación con piso sobre vigas Referencias 1. Parante 2. Siding 3. Papel de cerramiento 4. Tableros de cerramiento 5. Aislación y barrera de vapor 6. Tabiques de yeso 7. Zinguería 8. Aislación rígida 9. Tablero de fibrocemento 10. Terreno natural 11. Piso cerámico 12. Losa de hormigón 13. Terreno compactado 14. Fundación de Hº Aº 1" Fig. 24: Detalle de fundación sobre zapata corrida locación en las zonas frías y muy frías de nuestro país. La aislación deberá estar protegida, en este caso por un tablero de 1/2” de fibrocemento. El papel embreado que hace de barrera de viento solapa sobre un perfil o zinguería que asegura la impermeabilidad frente al agua de lluvia del tablero anterior. La solera inferior del bastidor se sella contra la fundación con algún producto bituminoso que garantice su estanquidad ante el agua y el aire. Bajo la losa es una buena precaución colocar un film de polietileno que ofrece una barrera a la humedad del terreno y ayuda a un mejor curado del hormigón. En la figura 25, aparece un detalle donde el piso se coloca sobre un sótano o sobre un recinto ventilado, se emplean dos soleras, una de apoyo de las vigas de piso y la otra forma el entramado. La segunda solera apoya sobre el tablero donde se apoyará el piso. Se debe verificar la transmisión de esfuerzo entre las dos soleras para asegurar el funcionamiento de los muros de corte. Entramado En la construcción del entramado, se debe prestar atención a los encuentros de muros. En la figura 26 se observan variantes para las esquinas, el diseño debe ser tal que siempre se ofrezcan puntos de apoyos a las placas de revestimiento. En la figura 27 hay alternativas para los encuentros intermedios. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Metal plegado para respaldo de tableros Solera inferior Fig. 26: Detalles de encuentro de muros en esquina 234 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 235 A) 1 1 2 3 7 2 B) 4 Referencias 1. Solera superior 2. Viga del entrepiso 3 5 4 6 5 3. Entramado de tabiques interiores 4. Solera inferior 5. Tablero de piso 6. Viga del entrepiso inferior 7. Tablas auxiliares Fig. 28: Fijación de entramado de muros interiores 1 2 3 4 5 6 7 8 Referencias 1. Piso cerámico 2. Mortero adhesivo 3. Concreto 4. Papel o film impermeable 5. Tablero de entrepiso 6. Vigas de entrepiso 7. Tablero de piso 8. Suplemento de apoyo Fig. 29: Detalle de piso cerámico Para los tabiques interiores que separan ambientes los entramados se deben fijar al piso y al entrepiso o techo. En la figura 28 se muestran las dos posibilidades, a) cuando la solera superior es perpendicular a las vigas del entrepiso o cabriadas, y b) cuando es paralela y por lo tanto hay que colocar tablas de suplemento. Revestimientos Fig. 27: Detalles de encuentro de muros En la figura 29 se observan las prevenciones que se deben tener para la colocación de pisos cerámicos. La figura 30 muestra el detalle para combinar dos tipos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 235 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 236 1 2 3 4 5 1 6 2 7 3 4 5 8 9 10 1 2 5 Referencias 1. Estructura 2. Cierre interior 3. Espacio con aislante 4. Tablero de respaldo 5. Papel impermeable 6 4 >1" 6. Malla metálica 7. Revoque 8. Zinguería 9. Botagua 10. Siding de tingladillo Fig. 30: Encuentro de dos tipos de revestimientos 1 Parantes alternados 7 8 Planta 9 Parantes alternados 10 2 4 Tableros de yeso Doble entramado Referencias 1. Tablero de piso 2. Vigas cada 40 cm 3. Perfil 4. Tablero de yeso 5. Vigas de cielorraso Planta Doble entramado 6. Aislación acústica 7. Tirantillos de 1" x 3" 8. Papel de fibrocemento 9. Tablero de 1/2" (fibras blandas) 10. Fenólico machihembrado 5/8" Fig. 32: Formas de aislación acústica en entrepisos Con perfiles Planta Perfil especial para aislar sonidos Tablero aislante de sonidos Fig. 31: Formas de aislación acústica en muros de revestimientos exteriores, revoque y tingladillo, asegurando el correcto funcionamiento del muro. Aislación acústica Es un punto de particular atención en los sistemas livianos. Para aumentar la aislación acústica de los muros, existen varias soluciones, algunas de ellas se aprecian en la figura 31. En la primera se muestra el doble en- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 236 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 237 tramado, alternando los parantes que independizan los tableros de cada ambiente. Adicionalmente se pueden duplicar los tableros. La segunda variante es duplicar el entramado por separado, a costa de aumentar el espesor de la pared. La tercera opción es colocar una estructura auxiliar de perfiles transversales a los parantes para reducir la transmisión acústica. En la figura 32 se detallan soluciones para aumentar la aislación acústica de los entrepisos. En el primer detalle se observa una técnica similar a la de los muros con una estructura perpendicular adicional. El segundo detalle duplica la estructura, una para sostener el piso y otra para el cielorraso, ambas separadas por 1”. Sobre el cielorraso se dispone la aislación acústica, por ejemplo lana de vidrio. El último detalle muestra una solución donde se separa con tirantillos y aislación al último tablero de piso. Instalaciones La figura 33, muestra un detalle del pasaje de las instalaciones sanitarias en un entrepiso y la forma de resolver el entramado de vigas. Finalmente como prevención, el proyectista debe cuidar el origen de la madera que emplea y sus tratamientos. En ese sentido la madera usada en la construcción en Norteamérica viene con sellos que certifican su procedencia y su aptitud para el uso que se le dará. En nuestro país comienza a desarrollarse esa costumbre, en efecto existen empresas que en los remitos de entrega del producto certifican la calidad y garantizan los resultados de los tratamientos. De igual manera se debe prestar atención al acopio en obra de la madera y a la secuencia constructiva para evitar excesivos cambios de humedad. Sistema DC Es un sistema liviano abierto producido en Moreno, Pcia. de Buenos Aires. Desde 1986 cuenta con Certificado de Aptitud Técnica. Con los años desarrolló variantes del original Sistema Cúbico al actual “DC Kit”. Ver figura 34. Descripción El sistema consiste en bastidores y cabriadas de madera que al unirse forman una estructura modular independiente capaz de resistir todos los esfuerzos a los que es solicitada una vivienda (Ver figura 35). Sobre esta estructura, se aplican tableros o distintos tipos de revestimientos con aislación de lana de vidrio. Originalmente eran de fibrocemento y laminado fenólico, luego hacia el interior se comenzó a emplear el tablero de yeso y como variante exterior entablados de madera machihembrada o solapada. Elementos del sistema Fundaciones Inicialmente el sistema empleaba unos dados de hormigón premoldeado que se disponían sobre pilotines. Estos dados permitían el apoyo de vigas, también de hormigón premoldeado que a su vez soportaban losetas pa- Instalación sanitaria Vigas de piso Cabezal de vigas Fig. 33: Pasaje de instalación sanitaria por entramado de piso Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 237 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 238 Fig. 34: Vivienda en Chubut. Sistema “DC” ra el piso. Ver figura 36. Posteriormente se desarrolló una metodología para fundar con platea donde se dejaban insertos del tipo de los que se ven en la figura 37. La práctica actual consiste en incorporar los anclajes a la estructura de madera y prearmar la misma antes de hormigonar la platea de fundación como se ve en la figura 35. Estructura de madera: El Anchico colorado, madera dura y de gran peso, fue la primera que se empleó para la estructura. También se utiliza pino con tratamiento de sales CCA y madera multilaminada. A la obra llegan los componentes, con los cuales se arma la estructura. Ver figura 38. Estos son: 1. Columnas esquineras o de refuerzo: sección: 4“ x 4“. 2. Bastidores de muros: son de 1.21m de ancho y de 2.40 m de alto, los parantes son de sección 2“ x 4“. Rev. fenólico 8 mm Lana de vidrio 100 mm Loseta de Hº Aº premoldeada Piso cerámico Carpeta de concreto Vigueta de Hº Aº premoldeada Dado interior de Hº Aº premoldeado ,,,,,, ,,,,,, Pilotín de Hº Aº Fig. 35: Estructura de madera independiente. Sistema DC Fig. 36: Fundaciones premoldeadas en el Sistema DC Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 238 Capítulo 10 24/04/2001 3:37 PM Page 239 Bastidor Planchuela de fijación Barras de encadenado Base de hormigón Fig. 37: Insertos para colocar en platea de fundación Bastidores Cabriadas 1,21 m 2,60 m 3. Encadenados: tablas de 2“ x 4“ que sirven de vinculación superior entre bastidores y de apoyo a la cabriada. 4. Cabriadas: de forma triangular y de 20 grados de pendiente que cubren una luz de 3.60 metros entre apoyos. Uniones estructurales: De acuerdo al tipo de madera del bastidor, pueden ser uniones con chapas de acero, atornilladas, clavadas o encoladas. En chapa de acero, se ve en la figura 39, el apoyo de la cabriada y un encuentro de bastidores. Muros exteriores: Ver figura 40. Sobre la estructura de madera, se colocan placas de fibrocemento de 8 mm de espesor, lana de vidrio con barrera de vapor y laminado fenólico de 8 mm de espesor. Las juntas entre las placas de fibrocemento se cierran con tapajuntas que aprietan sobre perfiles de caucho sintético. Las juntas entre las placas interiores se toman con tapajuntas de madera. Actualmente para el interior se emplean placas de yeso. Techo: El techo se resuelve con cabriadas de madera sobre la cuales se disponen las correas que soportan la cubierta. Esta puede ser de chapas de fibrocemento, chapas de acero u otras según el proyecto. El cielorraso que empleaba originalmente placas de laminado fenólico ahora utiliza placas de yeso. 3,63 m 3,63 m Cerrado Ventana Puerta Proceso constructivo: Fundaciones: En el caso del uso de los dados, vigas y losetas premoldeadas, el procedimiento es el siguiente: luego de la limpieza y nivelación del terreno, se replantea la posición de los pilotines y se ejecutan las excavaciones. Se colocan las armaduras de los pilotines, los dados premoldeados y se llenan con hormigón los pilotines hasta el dado. Luego se colocan las vigas y losetas premoldeadas para el posterior colado de hormigón en las juntas. A partir de aquí se puede proceder al montaje de la estructura de madera. En el caso de emplear platea de fundación y anclajes, estos se colocan ajustados a los moldes del borde de la platea y una vez replanteados se procede al colado del hormigón. Posteriormente y sobre los anclajes previstos se comienza a erigir la estructura (Ver figura 41). Cuando los anclajes vienen incorporados a los bastidores, se arma la estructura sobre el terreno, como se vio en la figura 35 y cuando ésta se encuentra posicionada y ajustada se procede a llenar la platea o viga de fundación. 7,26 m Tramo de encadenado Columnas de 4"x4" Fig. 38: Componentes del sistema DC Fig. 39: Uniones entre bastidores y cabriadas. Sistema DC Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 239 Capítulo 10 24/04/2001 3:38 PM Page 240 Cubierta de fibrocemento Lana de vidrio Barrera de vapor Machimbre 3/4" Cabriada Encadenado Tapajunta de madera dura Placa interior de yeso Barrera de vapor Lana de vidrio Placa de fibrocemento Zócalo Solado de madera Carpeta hidrófuga Sellador con silicona Perfil esmaltado Sellador bituminoso ,,,,, ,,,,, Fundación Terreno muro-techos Junta horizontal muro-fundación Tapajunta de madera dura Lana de vidrio Columna EXTERIOR Moldura Bastidor INTERIOR Fig. 41: Platea de fundación con anclajes en espera. Sistema DC. Cariló, Pcia. de Buenos Aires Montaje de la Estructura: Estructura de muros Se comienza a partir de la columna esquinera, ver figura 42, yuxtaponiendo sucesivamente los bastidores que se unen con los bulones, los intermedios, y los tirafondos en las esquinas. Luego de emplazados los bastidores se colocan los encadenados y en las esquinas una planchuela que refuerza el ángulo. Ver figura 43. Posteriormente se continúa con el montaje de la estructura de techos, las cabriadas se apoyan cada 1.20 m en el eje de cada unión de bastidores y se aseguran con un ángulo de hierro, fijado previamente al encadenado. Ver fotografía de figura 44. Cerramientos: Techos: Sobre las cabriadas se clava el machimbre de 19 mm de espesor. La aislación térmica es de lana de vidrio con barrera de vapor (film de polietileno de 50 mn), que se co- Junta vertical de esquina INTERIOR Junta vertical de muros interior-exterior Fig. 40: Detalles de juntas del Sistema DC Kit Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 42: Comienzo del montaje de los bastidores 240 Capítulo 10 24/04/2001 3:38 PM Page 241 loca sobre el machihembrado. La barrera de vapor se ubica del lado interior de la vivienda. Sobre la aislación se colocan las correas para recibir las chapas de fibrocemento de la cubierta que se fijan a través de clavos con arandelas de goma. Muros: Se comienza con la colocación de las aberturas, tanto puertas como ventanas se aploman y se fijan por medio de tirafondos a los bastidores. Luego se procede a la colocación de los revestimientos exteriores, en el caso de que se elija el fibrocemento se coloca como indica la figura 40. En la parte inferior se coloca un perfil Z para recibir la placa, y sobre el bastidor un sellador que se ajusta por medio de un tapajuntas atornillado cada 12 cm. En el caso de usar como revestimiento exterior entablados, se procede como se ve en las fotos de las figuras 45 y 46, primero un tablero de madera que sirve de apoyo para el papel impermeable que actúa como barrera contra el viento y luego el entablado, en este caso machihembrado de timbó. Fig. 45: Vista desde el interior de cerramientos y entablado de techo Fig. 46: Papel impermeable y machimbre exterior Fig. 43: Colocación de solera y refuerzos de esquina Fig. 44: Montaje de las cabriadas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 47: Tapajuntas de esquina 241 Capítulo 10 24/04/2001 3:38 PM Page 242 Concluido el revestimiento exterior se procede a la colocación de las instalaciones y de la aislación térmica (lana de vidrio con film de polietileno), cuidando la continuidad de las barreras de vapor. Es entonces cuando se colocan los tableros interiores, placa de yeso o laminado fenólico, empleando tapajuntas para simplificar la tarea. Ver figura 47. Finalmente se ejecutan las terminaciones, pisos cableados, artefactos, etc. Conclusiones: Este sistema constructivo ofrece una particularidad que lo diferencia del resto de los hasta aquí analizados y es la posibilidad de la autoconstrucción y la venta por separado de los componentes del sistema. La empresa Equipos DC, ofrece una Escuela de Autoconstrucción, completos manuales de montaje y Servicios de Asistencia Técnica. Esta alternativa aparte de la tradicional “Llave en mano”, permite a un importante sector de la sociedad acceder de manera progresiva, según su capacidad de ahorro, a componentes de una vivienda de calidad. En este caso, la estricta modulación del sistema, su bajo peso y uniones simples facilitan la tarea del montaje al personal no calificado ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 242 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 243 CAPITULO 11 Sistemas livianos con estructura de acero Introducción E n nuestro país los sistemas constructivos livianos que más se han empleado en la construcción de viviendas son los que emplean estructura de acero. Al contrario de lo que sucede en Norteamérica, donde se ha utilizado mayoritariamente la madera. El empleo del acero para las estructuras ciertamente tiene muchas ventajas, es un material que con bajo peso, soporta grandes esfuerzos y es estable ante los cambios de humedad. Es especialmente adecuado para elaborar productos en serie como requiere la industrialización, con total exactitud de formas en las piezas. Por otra parte se observa en el mundo un descenso de los precios del acero y puede ser suministrado en grandes cantidades. No es atacado por los insectos y es reciclable. Su empleo en la construcción de viviendas permite montajes sencillos y rápidos, que no requieren mano de obra especializada. Como todos los sistemas livianos, las dimensiones reducidas de sus piezas les permiten adaptarse a proyectos o plantas especiales. El acero es producto de una industria que desde hace mucho tiempo trabaja sobre la calidad, lo que contribuye a lograr la calidad final de la vivienda. En el mismo sentido los elementos de la estructura de acero de un edificio pueden fabricarse, en su mayor parte, en procesos industriales altamente automatizados y de sencillo control. Estructuras Tipos Según se vio en el capítulo 9 las estructuras de los sistemas livianos pueden ser del tipo “esqueleto” o del tipo entramado o “framing”. Para revestir estos esqueletos o “mecanos” de acero se emplean diversos tipos de placas, tableros, etc. En la figura 1, se puede ver un esqueleto de edificio en el cual se utilizó el sistema Súbitas, donde una estructura de perfiles laminados de acero será revestida por placas de hormigón liviano premoldeadas. ver Figura 3. El entramado de acero o “steel frame”, es de empleo más reciente en nuestro país y utiliza exclusivamente perfiles de chapa plegada. Ver figura 2. Elementos estructurales Los elementos estructurales de acero, que se emplean son básicamente: Perfiles Laminados en caliente Fueron los primeros en emplearse en la construcción industrializada. Su empleo es la continuación natural de la construcción metálica tradicional, que se utilizó en nuestro país hasta las primeras décadas de este siglo. Permiten una construcción robusta y el empleo de placas de mayor peso como cerramiento, ofreciendo así una imagen de gran solidez. Ver figura 3. Como contrapartida, los elementos de perfiles laminados son significativamente más pesados que las otras al- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 243 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 244 Fig. 3: Perfiles laminados revestidos de placas de hormigón premoldeado Fig. 1: Estructura tipo esqueleto. Edificio en Ushuaia. Sistema Súbitas Secciones "C" y "U" Secciones "Z" y "L" Fig. 2: Estructura de Entramado. Vivienda unifamiliar ternativas metálicas. La amplitud de sus secciones ha permitido que construcciones hechas con perfiles laminados puedan soportar por más tiempo el ataque de la corrosión. Perfiles de chapa doblada El empleo de perfiles de chapa delgada, hasta 3 mm, plegada, comenzó reemplazando a los perfiles laminados para conseguir reducir kilos de hierro en la estructura. Ciertamente la posibilidad de obtener la sección deseada por plegado ofrece gran libertad al proyectista. Ver figura 4. Secciones Omega Secciones Doble T Fig. 4: Variedad de secciones con chapa delgada plegada Una segunda etapa del empleo de la chapa plegada, fue la adopción de sistemas constructivos norteamericanos donde se reemplazaba la madera de los entramados. En este caso, las secciones de los perfiles de chapa dobla- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 244 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 245 1 2 Fig. 5b: Pandeo en secciones de chapa delgada sin rigidizar (1) y rigidizados (2) Fig. 5a: Vivienda con estructura de chapa plegada da serán del tipo U o C, siguiendo las dimensiones de los elementos de madera. Ver figura 5a. Las estructuras de chapa delgada plegada, se comportan de manera muy distinta a las tradicionales de perfiles laminados. El cálculo de los elementos estructurales se caracteriza por la atención a los fenómenos de inestabilidad elástica, sobre los cuales nos ilustran los esquemas de la figura 5b, donde se aprecia la abolladura y pandeo de placas, que pueden sufrir las láminas delgadas. Excede el alcance de esta publicación profundizar sobre estos fenómenos, la Recomendación CIRSOC 303 y recientemente la Guía IRAM-IAS cubren ampliamente el tema. De todas maneras resulta sencillo comprender cómo los plegados de la chapa la rigidizan y le limitan las posibilidades de abolladura. El poco espesor obliga a tener precauciones en los apoyos de estos perfiles, especialmente cuando están muy cargados, para evitar aplastamientos y deformaciones. Lo mismo ocurre con las cargas concentradas o apeos. Se debe analizar cómo la pieza toma las cargas. Sellador Placa de premoldeado de hormigón (244x42x6 cm) Columna Columna metálica estructural Correa lateral Fija panel de hormigón Placa de asiento de columna Varillas roscadas soldadas Armadura de base 7a Fijación de correa lateral soldada a la columna Perfiles para fijación de las placas de yeso Lana de vidrio Barrera de vapor Placas de yeso Correa lateral Sección de la correa 7b Fig. 7a: Estructura de Enrejado de perfiles ángulo y redondo. Sistema A.E.D. (Ex Vieytes). Fig. 7b: Corte Horizontal de encuentro de muros exteriores en esquina. Sistema A.E.D. (Ex Vieytes). Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 245 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 246 Estos perfiles requieren especial cuidado en su protección contra la corrosión, como es lógico su delgada sección no admite disminuciones. Su bajo peso y la relativa facilidad con que se los corta, son ventajas que se reflejan en la economía de su empleo. Tubos Se los puede considerar una extensión de los perfiles de chapa plegada. Ver figura 6. En general son de espesores menores a los 2 mm y aprovechan la buena aptitud para tomar esfuerzos que les da su geometría. Su protección ante la corrosión es crítica por la posibilidad de acumular humedad en su interior. Fig. 6: Secciones Cerradas tubulares a partir de chapa plegada agujeros de un milímetro de diámetro mayor que el del vástago. Los de uso común son los de acero A37 y deben cumplir las Normas IRAM 5214, 5220 y 5304. Los tornillos de alta resistencia utilizados en uniones antideslizantes, aprovechan las fuerzas de rozamiento desarrolladas al apretarlos fuertemente. La fuerza de apriete origina en el tornillo un esfuerzo de tracción muy elevado, el cual comprime las piezas a unir, dando lugar a fuerzas de fricción que impiden el deslizamiento. Por lo tanto la capacidad de transmitir el corte de la unión depende de la intensidad de la tracción sobre el tornillo y del coeficiente de rozamiento conseguido en las superficies a unir. Autorroscantes Esta clase de tornillo, de empleo en chapa delgada, forma su propia contrarrosca por impronta de su rosca. Existen dos formas de emplear este tipo de tornillos: La primera es perforando previamente las chapas a unir con un taladro y posteriormente colocar el tornillo. Ver figura 9a. La segunda se basa en el empleo de tornillos que por el diseño de sus puntas permiten taladrar directamente las Enrejados Con mayor cantidad de piezas y trabajo de taller se consigue aligerar la estructura y aumentar su resistencia geométrica. En la figura 7a se observa una columna de esquina del sistema AED, (Ex Vieytes). Este sistema coloca columnas de enrejado cada 2,40 m y entre ellas tres correas horizontales sobre las cuales se fijarán las placas de cerramiento de hormigón liviano premoldeado. Estas piezas estructurales tienen una gran inercia y aprovechan eficientemente el acero. Las uniones con otras piezas requieren de elementos de acople o transición (planchuelas). La figura 7b, muestra un detalle completo del corte horizontal del muro exterior en la esquina. El cerramiento interior es de placas de yeso que se fijan a un entramado secundario de perfiles de 35 mm. Fig. 8: Unión de tornillos comunes en elementos de chapa doblada Uniones Las distintas alternativas para materializar las uniones dependen del tipo de elementos que componen la estructura y del tipo de cerramientos que se emplearán. Los más empleados son: Uniones atornilladas Tornillos Comunes Requieren perforar previamente las piezas a unir y verificar la exactitud en el maquinado de las mismas (ver figura 8). Tienen a su favor el fácil control, tanto de su cantidad como de su posición. Trabajan al corte. Los tornillos ordinarios (no calibrados) requieren por lo menos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell a) Tornillos autorroscantes (Parker) b) Tornillos autoperforantes y autorroscantes Fig. 9: Tornillos autorroscantes y autoperforantes 246 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 247 chapas al colocarlos con equipos neumáticos, se denominan “autoperforantes”. Ver figura 9b. Ciertamente el desarrollo de maquinaria que facilita la colocación de estos tornillos, y su bajo costo ha contribuido a que su empleo se haya generalizado en las chapas delgadas. Tienen como limitación el espesor de las chapas a unir, pero para espesores menores de 1 mm no tienen restricciones, superando esos espesores deberá analizarse el tipo de tornillo, la máquina y el tipo de unión. Uniones Soldadas Este tipo de unión basada en la acción del calor se puede realizar directamente entre las dos piezas a unir o con el aporte de algún otro material. Al contrario de las uniones puntuales, como las de los tornillos, su desarrollo en cordones le permite vincular las piezas de una manera continua. Como desventaja, suele mencionarse la necesidad de su ejecución por personal calificado y también su inspección. En uniones muy comprometidas e importantes este concepto desfavorable tiene su peso, sin embargo en uniones no comprometidas y con amplios márgenes de seguridad no debe descartarse a priori la soldadura por esta razón. Precauciones La corrosión y las posibles tensiones originadas en un mal diseño de la unión, son cuestiones importantes a resolver. El tipo de soldadura más difundido es la de arco, donde se provoca un arco eléctrico entre las piezas a unir y un electrodo que será el material de aporte. El electrodo puede ser revestido o no, en el caso de no serlo el material de aporte no se encuentra protegido contra la corrosión, obteniéndose así una soldadura de inferior calidad que necesitará rápida protección. En el caso de tener revestimiento, este se funde con el material de aporte y lo protege de la corrosión. Existen diversos tipos de revestimientos y distintas calidades de protección. La soldadura de arco sólo es recomendable para espesores de las piezas a unir superiores a los 2 mm, en espesores menores se deben usar electrodos de muy poco diámetro y gran precisión para no traspasar las chapas a unir. Sin embargo existe otra forma de soldadura para las chapas delgadas, la de puntos por resistencia, donde no hay aporte material sino que se funden en un punto las piezas a unir. Este tipo de soldadura se debe proteger de la corrosión inmediatamente. Es muy importante la preparación de las superficies. En síntesis, la soldadura como forma de unión entre elementos de sistemas livianos, se puede hacer, y se hace en fábrica por arco, generalmente para perfiles lamina- dos y por puntos para perfiles de chapa doblada. En obra se hace solamente por arco, sin embargo si el sistema liviano tiene gran cantidad de uniones, no es práctico ejecutarlas con soldadura. Cualquier soldadura en obra implicará la inmediata protección anticorrosiva. Funcionamiento estructural Cargas verticales Como en todo sistema liviano las cargas de peso propio no son determinantes, en cambio son las sobrecargas reglamentarias o de nieve y hielo las de mayor significación. Techos Los techos, en los sistemas de esqueleto suelen resolverse con cabriadas separadas por lo menos cada 1,20 m, éstas permiten cubrir una luz importante de manera económica y se pueden apoyar en las columnas exteriores y finalizar rápidamente la cáscara. Ver figura 10. Fig. 10: Cabriadas como estructura de techo Las estructuras de entramado en general tienen muros interiores portantes, consecuencia del empleo generalizado de los parantes de perfiles C cada 40 ó 60 cm, y por lo tanto pueden resolver la estructura del techo con vigas, cabios y correas. Ver figura 11. Siguiendo el espíritu de cada sistema estructural, es coherente que para los entramados que ofrecen una resistencia uniforme y continua lo más simple, adecuado y económico sea distribuir las cargas del techo. En el otro extremo la concentración de cargas que se produce en los apoyos de las cabriadas puede descargarse puntualmente y sin problemas en las columnas del esqueleto. Estas estructuras de techo en la mayoría de los casos son del mismo tipo de elemento metálico que los muros perfiles laminados, chapa plegada, tubo o enrejado. Entrepisos Las variantes para resolver los entrepisos se pueden agrupar en: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 247 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 248 Fig. 11: Cabios o vigas, que apoyan en paredes interiores, como estructura de techo 1. Entrepisos Secos La estructura del entrepiso se realiza con viguetas metálicas sobre las cuales se coloca un tablero que servirá de base para el solado. El tablero o placa puede ser de contrachapado, de fibras, con cemento u otros. La ventaja de esta solución es la rapidez y sencillez de ejecución. También es muy importante su bajo peso. Ver figura 12a. 2. Entrepisos Húmedos Al igual que en el anterior se emplean viguetas metálicas, pero ellas reciben una chapa que servirá como un encofrado para recibir una capa de hormigón. Ver figura 12b. Hay diversas formas de fijar la chapa a las viguetas, de manera que haya colaboración entre ambas. Hay muchas formas de chapa, desde las más sencillas, las onduladas hasta algunas que permiten una distancia mayor entre las viguetas. Efectivamente, la rigidez de la chapa será la que determine la máxima separación entre las viguetas. Finalmente, la losa de hormigón de 4 cm o más puede tener una armadura en forma de malla en su interior, siendo siempre recomendable. El hormigón puede ser estructural o no. Las ventajas de los entrepisos húmedos son: que ofrecen una sensación de solidez mucho mayor que la del tablero; las losas de hormigón permiten una colaboración con las viguetas para hacer más eficiente la estructura, y pueden ser consideradas un diafragma rígido para distribuir fuerzas horizontales. Columnas y parantes Las columnas y parantes de la estructura (esqueleto o entramado), en general no tienen problemas para soportar las cargas verticales normales de una vivienda. Sin embargo, se debe verificar que tengan restringido el pandeo en su eje más débil. Ver figura 13. Fig. 12a: Entrepiso seco. Viguetas con tablero multilaminado Fig. 12b: Entrepiso húmedo. Chapa y malla de acero sobre la cual se colará el hormigón. Sist. Súbitas y x y y x x x y Fig. 13: Restricción del pandeo en el eje de menor inercia Cargas horizontales La carga de viento que incide en los muros de un sistema liviano provoca flexión en la estructura de las paredes. Esta flexión puede ocasionar deformaciones exageradas y fisuras o daños a las placas de cerramiento. Ver figura 14. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 248 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 249 VCV = Viga contra viento f Presión de viento Zona de fisuración Fundación articulada f Zona de fisuración Presión de viento Fundación empotrada Fig. 14: Deformaciones (f) de los muros ante la presión del viento Arriostramiento Horizontal Para restringir las deformaciones la forma más económica es tener un elemento rígido, a nivel de cielorraso. Según se vio en los Capítulos 4 y 9 sobre sistemas de madera, se pueden emplear los tableros de multilaminado fijados sobre una estructura de cielorraso que la sostenga y rigidice. Según el tipo de tablero, la estructura donde se fije se tendrá valores de corte admisible. Las estructuras de entramado son las que mejor se adaptan a esta solución. Ver figura 15. En los techos con pendiente se puede aprovechar la ri- Fig. 15: Arriostramiento horizontal por tableros multilaminados en el techo gidez de los faldones con tableros, justificando los valores de corte adoptados. Cuando se trata de un entrepiso, además de los tableros puede recurrirse, si existe, a la losa, siempre y cuando se haga la verificación necesaria. Las estructuras de esqueleto suelen emplear las vigas contraviento armadas aprovechando los cordones inferiores de la cabriadas. Arriostramientos verticales Al igual que en los sistemas vistos en el Capítulo 9, se pueden emplear tableros que tomen cortes fijados sobre entramados. Sin embargo, en los sistemas de esqueleto la solución más común es la de las cruces de San Andrés con sus diferentes posibilidades. Para materializar estas cruces se emplean perfiles, hierros redondos lisos o flejes. Las limitaciones a tener en cuenta cuando se recurre a las cruces son los elementos intermedios que puedan interferir, la fijación a las columnas pueden provocar excentricidades. Constructivamente hay que resolver la puesta en tensión de la cruz y su replanteo. En las columnas metálicas, la compresión que provoca el funcionamiento de la cruz, alcanza valores importantes que deben ser tenidos en cuenta desde el anteproyecto estructural. La forma de disminuir la compresión en las columnas será aumentar la cantidad de cruces o aumentar la separación entre las columnas (ver figura 16a). Un buen predimensionado en los sistemas livianos es lo que permite aprovechar sus ventajas. Al estar tan ligada la estructura con los cerramientos, cualquier singularidad, por ejemplo una columna especial, puede introducir costosas modificaciones en la producción o en el montaje. Detalles de uniones entre los arriostramientos horizontales y verticales y sus anclajes Los elementos estructurales anteriores pueden estar correctamente diseñados, sin embargo de nada sirven si la vinculación entre ellos no es correcta. En la unión de la estructura de techos con las columnas o muros además de verificar la carga vertical, se debe contemplar la succión del viento. Las uniones entre los arriostramientos horizontales y verticales, en especial cuando se emplean losas de hormigón como diafragmas rígidos, deben ser definidos en las etapas de predimensionado. Los anclajes de las cruces de San Andrés concentran cargas. Ver figura 16b. En las zonas sísmicas las uniones deben ser diseñadas con un coeficiente de seguridad mayor. Como para todas las construcciones se deben evitar las concentraciones de cargas y las plantas irregulares. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 249 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 250 1.20 H = 100 kg 1.20 a) 2.40 Ca H = 100 kg T Ca 2.40 C Ca = 100 kg H = 100 kg b) 2.40 Cb 1.20 C = 200 kg 2.40 Cb Cb = 100 kg Fig. 16a: Posibilidades de disminuir la compresión en las columnas de las cruces de San Andrés Durabilidad de las estructuras de acero Fuego Si bien el acero es un material incombustible sus propiedades mecánicas (tensiones de fluencia y módulo de elasticidad) dependen de la temperatura. La temperatura de colapso depende de la tensión a la cual este trabajando el acero, pero simplificadamente se puede establecer que el colapso de la pieza se produce entre los 550 y 650°C. Número de plantas Función Elemento Estructural Columnas Vigas Entrepisos Techos F30 F30 F30 F30 F90 F90 F30 F30 F90 F90 F90 F30 Separación entre locales Paredes interiores F30 F30 F30 Paredes medianeras F90 F90 F90 Hasta 2 de 3 a 5 más de 5 Fig. 17: Resumen de Normas Alemanas sobre Resistencias al Fuego requeridas Protección contra el fuego de las estructuras metálicas Para uniformar las exigencias que debe cumplir el diseño de elementos estructurales de un edifico de vivienda unifamiliar o multifamiliar, resumimos un conjunto de normas alemanas al respecto, que determinan la resistencia al fuego mínima según la función estructural. Ver tabla de figura 17. Fig. 16b: Detalle anclaje de columna con cruces de San Andrés Recubrimiento Se recubre la pieza con placas o tableros, sin ajustarse a su desarrollo, siguiendo generalmente forma de cajón. Los materiales de las placas pueden variar: yeso, fibrocemento, amianto, vermiculita, perlita, etc. Ver figura 19. Revestimientos Pinturas intumescentes se llama así a las protecciones hechas con materiales que se adhieren al elemento metálico y que siguen todo su perfil. El espesor de estos revestimientos depende de del material y del grado de resistencia al fuego que se desee alcanzar. Es común el empleo de revoques aplicados por proyección, los morteros mas empleados son los basados en vermiculita o amianto y malla metálica. Ver figura 18. Al aplicarse estos productos su apariencia no difiere de las pinturas tradicionales, sin embargo al manifestarse la presencia del calor, adquieren un espesor que aísla al perfil. En la figura 20 se transcriben las Tablas 29 y 30 del Reglamento CIRSOC 301 de Estructuras de Acero para Edificios, donde se especifican los distintos recubrimientos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 250 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 251 Fig. 18: Revestimiento de elementos estructurales para aumentar su resistencia al fuego que deben tener los elementos metálicas para alcanzar las distintas resistencias al fuego. Corrosión El acero común se corroe en contacto con la humedad y forma herrumbre, con aumento de volumen. Esta herrumbre es escamosa y de débil consistencia no formando una protección que impida que la corrosión continúe. Es por lo tanto necesario disponer una capa que proteja las piezas de acero contra la corrosión. La formación de herrumbre depende básicamente de la humedad relativa y de la agresividad del aire. El cuadro de la figura 21 representa una muestra la relación entre la formación de óxido y la humedad relativa del aire, allí se aprecia que por encima del 70% es muy importante. Para evitar que el oxígeno del aire con elevados contenido de humedad ataque el acero, se pueden disponer dos tipos de protecciones: Pasiva Es un recubrimiento uniforme, sin interrupciones que impide que el oxígeno tome contacto con el acero. Activo Este recubrimiento contiene metales que se combinan con el oxígeno y forman con él compuestos que protegen al acero. Entre estos figuran el cinc, cadmio, plomo (minio) etc. La protección pasiva tiene el inconveniente de que ante cualquier falla de recubrimiento, por mínima que sea, comienza el proceso de oxidación. Efectivamente al oxidarse el, acero aumenta su volumen y provoca el desprendimiento del resto del recubrimiento. La protección activa, es mas efectiva, pero ante condiciones muy exigentes su eficiencia decae con el tiempo. El ideal de eficacia y duración, se alcanza combinando ambas protecciones, que consiste en una capa de fondo activa y una capa pasiva o de acabado. Los distintos tipos de galvanizado constituyen un excelente tratamiento de fondo, y según la exposición final del elemento, se puede evitar la pintura del acabado. También funcionan adecuadamente el minio de plomo Pérdidas por oxidación 0 Fig. 19: Recubrimiento de elementos estructurales para aumentar su resistencia al fuego Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 20 40 60 80 100 % Humedad relativa Fig. 21: Relación entre las pérdidas por oxidación y la humedad relativa 251 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 252 Tabla 29. Entrepisos de acero Tipo de revestimiento Espesor mínimo (cm) a aplicar como pavimento o cielorraso aislante por encima y debajo de las estructuras de entrepiso para las siguientes resistencias al fuego Resistencia al fuego 15 30 60 90 120 180 Mortero común 0 2 3,3 4,5 — — Mortero aislante 0 1 2,5 3,0 3,7 4,5 Tabla 30. Vigas y columnas Espesor mínimo (cm) del revestimiento a aplicar en vigas y columnas para las siguientes resistencias al fuego Tipo de protección Resistencia al fuego 15 30 60 90 120 180 Revoque de mortero de cemento o cemento y cal o cal y yeso 0 2 3,3 4,5 5,8 — Revoque de vermiculita (1) y yeso (4) 0 1,8 2,5 3,3 3,8 5,3 Vermiculita (1) Cemento (4) 0 1,3 2,3 3,0 3,8 4,8 Perlita (1) Yeso (2) 0 1,3 2,0 3,0 3,8 5,8 Capa de amianto sobre metal desplegable o sobre acero 0 0,5 1,8 2,8 4,0 6,8 Placas de yeso 0 0,8 3,0 5,0 7,3 8,0 Placas de fibra de amianto 0 1,5 2,5 3,0 4,0 5,0 Hormigón común 0 1,5 3,0 3,5 4,5 6,0 Nota: los números entre paréntesis indican proporciones de los integrantes del mortero Fig. 20: Tablas del CIRSOC 301. Sobre resistencias al fuego de los revestimientos y de los recubrimientos y las pinturas anticorrosivas al cromato de zinc, pero necesitan de protección al desgaste. Dos capas con disolución de betún o alquitrán también han demostrado efectividad. Las pinturas pasivas o de terminación, impiden la llegada de sustancias agresivas a las de fondo y la protegen del desgaste mecánico. Las piezas especialmente expuestas a la corrosión son la que quedan al aire libre y en las cuales se deposita el polvo y la suciedad que ayudan a elevar el contenido de humedad. Se debe evitar en el diseño la posibilidad de que el agua se acumule, permitiendo el rápido secado. Cerramientos El tipo de cerramientos de los sistemas con estructura metálica, se basa en las consideraciones hechas en los sistemas con estructura de madera pero contemplando la solución de los puentes térmicos. Para completar los cerramientos a partir de la estructura metálica, se emplean principalmente elementos planos, placas y tableros. Si la estructura es del tipo “esqueleto” y los elementos estructurales se encuentran muy separados unos de otros se puede necesitar un bastidor auxiliar para colocar las placas de poco espesor. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 252 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 253 1 2 3 11 12 13 14 4 15 16 5 32 a) 100 5 13 20 17 6 7 8 18 9 19 10 20 b) Corte Vertical Encuentros del muro exterior con el techo y las fundaciones c) 17 12 14 6 15 7 16 Planta Encuentros de muros exteriores entre sí Referencias 1. Cubierta de chapa 2. Correa de techo 3. Perfil cornisa 4.Revestimiento del alero 5. Sellado por fuera 6. Chapa del muro 7. Cámara de aire 8. Sellador 9. Fieltro 10. Bulón de anclaje 11. Tapajunta de madera 12. Solera superior 13. Aislación lana de vidrio 14. Barrera de vapor 15. Listón de 20x50 mm 16. Aglomerado de 13 mm 17. Columna 18. Zócalo de 3/4" x 3" 19. Metal desplegado 20. Poliestireno expandido Fig. 22: Esquema estructural de muros exteriores. Sistema Dannemann En cambio la estructura tipo entramado o “framing” la poca separación entre columnas permite fijar placas delgadas, 1.2 cm de espesor, sobre las mismas. Las placas de uso mas frecuente son las de yeso, para los interiores, los tableros de multilaminados fenólicos, tableros de fibra y otros para exteriores. Completados con aislaciones y distintos tipos de recubrimientos El empleo de placas premoldeadas de hormigón en espesores superiores a los 2.5 cm, es una buena solución para cubrir espacios de mas de un metro entre columnas. Ver figura 7b (Sistema AED, ex Vieytes). En las figuras 22a, b y c, se observan detalles del cerramiento del sistema “ Dannemann” que emplea como cerramiento exterior chapas conformadas, que se fijan a 3 correas que a su vez descargan en columnas de chapa plegada. Además se aprecia la correcta solución de la aislación y puentes térmicos. Puentes térmicos El acero es un material que conduce el calor con una gran facilidad, su conductividad térmica, λ = 58 W/m. K, mientras que la del ladrillo común es de λ = 0.91 W/m. K, y la de la madera, en promedio, es λ = 0.25 W/m. K. Estos datos muestran que la estructura de acero debe tener un tratamiento, en cuanto al aislamiento térmico distinto del de los otros materiales. Los elementos de acero de la estructura constituirán discontinuidades en los cerramientos, techos y muros, es decir puentes térmicos según se analizó en el capítulo 4. Además, al tratarse de elementos que pueden sufrir corrosión se deben controlar estos puentes para que no produzcan condensaciones intersticiales. La pérdida en la aislación del cerramiento es muy importante y en zonas frías son inadmisibles. El esquema de la figura 23 ilustra sobre la concentración de flujos de calor por la zona menos aislada del muro. La pérdida de aislación con puede alcanzar hasta un 50%. La magnitud de las fugas de calor a través de los cerramientos con puentes térmicos depende en gran parte de la cantidad de elementos metálicos por unidad de longitud. Los sistemas con estructura del tipo entramado serán entonces los que requieran mayor atención pues en cada parante existe un potencial puente térmico. Resolución de los puentes térmicos Existen por lo menos dos tipos de soluciones: Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 253 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 254 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1. Perfiles de chapa doblada 2. Aislación térmica 6 3. Tableros de cierre 4. Líneas de flujo de calor 7 Fig. 23: Esquema de concentración del flujo de calor en los puentes térmicos 1 2 3 4 5 6 1 2 Referencias 1. Placa de yeso (12,5 mm) 2. Barrera de vapor 3. Montante 4. Aislación de lana de vidrio 5. Placa rígida atornillada 6. Barrera impermeable 7. Muro de ladrillos Fig. 25: Revestimiento exterior con ladrillo. Soluciona los puentes térmicos por aislación 3 4 exterior 1 5 2 6 3 4 1. Perfiles de chapa doblada 4. Entramado de madera c/40 cm 2. Placa exterior 5. Barrera de vapor 3. Aislación térmica 6. Placa de yeso Fig. 24: Solución del puente térmico por Corte con entramado secundario A. Cortar el puente térmico Esta forma originada en las necesidades de las estructuras de esqueleto, es la de disponer un entramado secundario que interrumpe el contacto entre la estructura y la placa de cerramiento. Ver figura 24. El entramado se fija a la estructura principal y sirve de apoyo a las placas de cerramiento. El puente térmico continuo se corta y Manual de Construcción Industrializada 5 6 interior 1. Revoque ext. de protección 2. Placa de material aislante rígido 3. Tablero fenólico 4. Perfiles de chapa doblada 5. Barrera de vapor 6. Placa de yeso Fig. 26: Revestimiento con placas aislantes revocadas. Solucionan el puente térmico quedan solo puntos de unión entre el entramado auxiliar y la estructura principal. En las figuras 7b y 22d, se pudo apreciar como los sistemas AED y Dannemann, emplearon este recurso. 254 Capítulo 11 25/04/2001 8:29 AM Page 255 El entramado secundario puede ser de listones de un material aislante, por ejemplo de madera, o de perfiles metálicos. Ciertamente en el primer caso es óptima la solución, sin embargo también es satisfactoria la segunda variante. B. Aislar el puente térmico Para disminuir los efectos de los mismos en las estructuras metálicas, otra solución es colocar por delante de la misma un cerramiento con la suficiente capacidad de aislación. Existen diversas formas de conseguir esta aislación. Una es el empleo de materiales con espesores importantes como el muro de la figura 25. Para minimizar el espesor del muro, se emplean placas aislantes como se describe en la figura, que luego serán protegidas por un revestimiento cementicio aplicado sobre una malla de metal o de material sintético adecuado (ver figura 26). Estas placas de aislante deben ser lo suficientemente rígidas como funcionar correctamente como cerramiento exterior ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 255 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 257 CAPITULO 12 Sistemas livianos con estructura metálica en la Argentina D esde 1970, se ha desarrollado en nuestro país una importante cantidad de sistemas empleando estructuras de acero, en general con aceptables resultados. El Sistema Súbitas por su continuidad en el mercado, cantidad de viviendas construidas y las inquietudes de avance tecnológico, se describe a continuación. También, completando el panorama nacional, se analizarán los sistemas que hoy tienen mayor difusión: los de entramado metálico (Steel Frame), que si bien son de tecnología norteamericana, ya se han adaptado a nuestro país. Sistema Súbitas Introducción Es un sistema liviano con estructura de acero y placas premoldeadas, modulado en 1.20 metros. El prototipo que se observa en la foto de la figura 1, construido en 1972 en Gral. Pacheco, puede visitarse actualmente y se encuentra en buenas condiciones. Una ventaja de los sistemas livianos, es la de poder construir en zonas de difícil acceso. En la foto de la figura 2, se aprecian dos viviendas en Dúplex en la provincia de Santa Cruz, con estas viviendas se fundó el pueblo del Chaltén en la zona de Lago del Desierto. Con el sistema Súbitas, en sus distintas variantes, se han construido más de 2.000 viviendas, escuelas, centros de salud, edificios militares, naves industriales, hoteles y edificios de hasta 6 plantas. En todos los climas, desde Salta hasta las Islas del Atlántico Sur. Ver figuras 3 y 4. Fig. 1: Primera vivienda con el Sistema Súbitas. Gral. Pacheco, 1972 Descripción general Se trata de un sistema constructivo liviano, modulado, de montaje en seco, formado por una estructura metálica independiente y un cerramiento exterior de placas de hormigón armado. Los cerramientos interiores y cielorrasos son de placa de yeso, existiendo también variantes con otro tipo de terminación interior. En la figura 5 se aprecian los distintos detalles característicos del sistema. Fundaciones Las fundaciones pueden ser tanto una platea de hormigón armado con un refuerzo perimetral o una zapata co- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 257 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 258 rrida según el terreno. La carga de los muros es menor a 250 kg por metro. Estructura metálica Se usan perfiles convencionales para su ejecución; éstos pueden ser laminados o de chapa plegada. La estructura del techo se resuelve con cabriadas cada 1.20 ó 2.40 m según los vientos o la posibilidad de nieve en la zona de emplazamiento. Sobre estas cabriadas se disponen correas de madera o de perfiles de acero que soportan la cubierta. En el cordón inferior de la cabriada se fijan las placas de cielorraso. Las cabriadas apoyan en columnas, pudiendo ser una doble T de 80 mm o un perfil omega de 2 mm de espesor, que se colocan cada 1.20 m en el perímetro de la vivienda. A estas columnas se fijarán las placas de cierre. Todos los elementos metálicos no galvanizados reciben dos manos de pintura antióxido y protección asfáltica. Fig. 2: Viviendas en Dúplex, Pcia. de Santa Cruz Fig. 3: Escuela en Ushuaia. Tierra del Fuego Fig. 4: Conjunto de viviendas en Ushuaia Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 258 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 259 1 2 Techado asfáltico o film de polietileno Cubierta tradicional Cercha metálica 4 5 Placa interior 6 7 5b 3 8 Corte vertical Encuentro de muro y cubierta 10 Lana de vidrio 9 Tabique exterior de placas de Hº Aº 11 12 13 14 5c Columnas de IPN 8 Corte vertical Encuentro de muro y fundaciones 17 18 19 Fig. 5a: Vista Axonométrica del Sistema Súbitas 15 16 5d Corte horizontal Detalle de muro 7 10 8 11 12 13 14 Fig. 6a: Vista interior. Placas y Estructura: columnas, cabriadas y viga contraviento Referencias 1. Tirantillo de madera 2. Teja 3. Perfil de cielorraso 4. Cabriada metálica 5. Placa de cenefa 6. Encadenado 7. Burlete de asiento 8. Sellador 9. Fijaciones de placas de Hº Fig. 5: Detalles del Sistema Súbitas 10. Placa de Hº Aº 11. Columna. Perfil Omega o IPN 80 12. Aislación térmica 13. Barrera de vapor 14. Placa de yeso 15. Perfil de borde 16. Anclaje 17. Solado 18. Carpeta hidrófuga 19. Contrapiso El sistema de arriostramiento se resuelve con vigas contraviento a nivel del cielorraso, que se arman aprovechando los cordones inferiores de las cabriadas. Estas vigas descargan sobre cruces de San Andrés que se disponen en el perímetro (ver figura 6a). Cuando las solicitaciones son bajas estas cruces se materializan con hierros redondos, para mayores exigencias se emplean perfiles de ángulo laminados. Este tipo de arriostramiento se adapta al módulo de 1.20 m que domina el sistema y le otorga gran rigidez a la estructura. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 259 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 260 Muros exteriores Están compuestos desde el exterior hacia el interior por una placa de hormigón armado convencional o de arcilla expandida, cámara de aire, lana de vidrio, barrera de vapor y placa de yeso. Las placas premoldeadas de hormigón son de 1.20 x 0.80 m y tienen un espesor máximo de 5 cm. En los bordes en coincidencia con el refuerzo se encuentran los insertos para su fijación a las columnas metálicas. Ver figura 6a y 6b. Fig. 7a: Vista Panel y bloque sanitario de una Vivienda en Planta Baja Instalación eléctrica Se recurre a un “pulpo eléctrico” que se prepara en fábrica y se distribuye en la obra a través de cielorrasos y muros, conteniendo las cajas, el tablero, los conductos y el cableado. Ver foto de figura 7b. Fig. 6b: Conjunto de placas de hormigón del Sistema Súbitas. Terminación rugosa La placa pesa aproximadamente 50 kg. y se puede mover y colocar con dos operarios. Las juntas entre las placas tiene un doble sellado, burlete y masilla, y la cámara de aire por detrás de las mismas funciona como una segunda línea de defensa para evacuar cualquier entrada de agua. Las placas se revisten con un enlucido impermeable o con un revoque plástico. La lana de vidrio con un espesor mínimo de 2.5 cm tiene en una de sus caras incorporada la barrera de vapor. El cerramiento interior de placas de yeso se atornilla a un entramado de perfiles o listones de madera que cortan el puente térmico de las columnas metálicas, según se trató en capítulo 11. Muros interiores Los tabiques interiores de placas de yeso, bloques de yeso o madera y sus derivados. Cubierta de techo Se emplea cualquier cubierta tradicional, desde tejas hasta diversos tipos de chapa. Instalación Sanitaria El tabique sanitario se utiliza para la provisión de agua y un bloque sanitario para las descargas, según muestra la figura 7 a. Fig. 7b: Distribución de la instalación eléctrica sobre el cielorraso Carpintería Se puede utilizar carpintería de madera, de chapa BWG 18 o aluminio que se atornillan a las columnas. Entrepisos La estructura del entrepiso la constituyen viguetas de perfiles metálicos, laminados o de chapa doblada, sobre los cuales se coloca una chapa que sirve de encofrado perdido para una losa de hormigón armado de 5 cm de espesor. Proceso de montaje Tras la limpieza, nivelación y perfilado del terreno, ver Fig. 8, se coloca un film de polietileno de 200 micrones sobre el cual se ejecutará la platea de fundación. Según el cálculo, cada 1.20 m lleva los anclajes de las columnas. Ver Fig. 9. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 260 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 261 Fig. 11: Colocación de placas de cerramiento Fig. 8: Preparación del terreno, profundizando en refuerzo de platea. 224 Viviendas en Río Grande Fig. 12: Montaje de la estructura de hall frío Fig. 9: Platea lista para erigir la estructura metálica Fig. 10: Montaje de la estructura metálica para un edificio de viviendas Cuando éstas son de perfiles laminados cada una se fija a través de bastones roscados dejados en la fundación. En el caso de las columnas de chapa plegada la fijación se realiza empleando anclajes adheridos con resinas epoxi en perforaciones hechas en el hormigón. Montadas las columnas se procede a colocar los perfiles de encadenado, a nivel del cielorraso. Ver fig. 10. Después se apoyan las cabriadas y se las fija. A partir de ese momento y verificado el replanteo y escuadra de la estructura, se ponen en tensión las cruces de San Andrés y las vigas contraviento. Todas las piezas de la estructura, incluyendo las cabria- Fig. 13: Vista interior: Arriostramientos y armadura del entrepiso das se pueden mover y colocar en su posición sin emplear medios mecánicos. Las uniones son abulonadas y no requieren de mano de obra especializada. Posteriormente, ver figuras 11 a 13, se colocan la cubierta y las placas de cierre, ajustadas a las columnas, colocando entre ellas un sellador. Finalizada la cáscara se procede al llenado de la losa de entrepiso. Se atornilla la carpintería a la estructura y se coloca la lana de vidrio y el entramado auxiliar para fijar las placas de yeso interiores. Los paños de lana de vidrio, que tienen incorporada la barrera de vapor, se solapan para darle continuidad. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 261 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 262 Se colocan las cañerías y finalmente se atornillan las placas de yeso. De la misma manera se procede con el cielorraso. Luego se realizan los tabiques interiores y terminaciones. Las juntas de las placas exteriores se vuelven a sellar, procediéndose a un revoque plástico. Figura 14. Fig. 14: Vista del conjunto de dúplex terminados Edificio industrializado (tipo torre) en Ushuaia hotel, viviendas u oficinas y que se ajustara a la región cordillerana patagónica (frío y accesos difíciles) con vistas a definir un prototipo de edificación para construir en la zona. 2. La estructura debía ser regular, adaptada al módulo del sistema Súbitas (1.20 m), para zonas sísmicas y con vientos muy fuertes, con piezas de perfiles laminados de producción standard y de largos tales que resulten manejables con pequeños aparejos (sin grúas). 3. Para la construcción: Se buscó un montaje sencillo sin necesidad de especialistas, soldadura en obra, ni maquinaria pesada, rápida y seca. En resumen los criterios de simplicidad, piezas livianas, mano de obra no especializada, rapidez de montaje, imagen de solidez y soluciones técnicas probadas, se mantuvieron a pesar de la magnitud de la construcción. Descripción El proyecto definitivo es de un edificio de Planta Baja con 5 pisos altos, con un largo de 28.8 m y un ancho de 18 m. Se adoptó una cuadrícula de 3.60 x 3.60 m y la orientación de vigas como se muestra en la fig. 15. Introducción Para mostrar las posibilidades de la industrialización en sistemas constructivos, se describirá desde el proyecto hasta la construcción, un edificio de más de 3100 m2 distribuidos en planta baja y 5 pisos altos ubicado en Ushuaia, Pcia. de Tierra del Fuego, Antártida e Islas del Atlántico Sur. El emprendimiento fue llevado a cabo por el comitente Hoteles del Sur S.A., con proyecto y dirección del Estudio de Arquitectura Félix Ruiz Martínez y Asociados, la empresa constructora Construcciones Súbitas y como Asesores los autores del presente trabajo. La combinación de arquitectos, ingenieros y empresa constructora en el diseño fue sumamente productiva para optimizar los recursos económicos y los tiempos constructivos. El trabajo conjunto permitió aprovechar la experiencia de construir viviendas con sistemas no tradicionales y en la zona patagónica, para optimizar el diseño. A veces se observa cómo son desperdiciadas las posibilidades de un sistema industrializado, cuando el proyectista o el constructor no contemplan sus particularidades ni aprovechan sus ventajas. Los objetivos propuestos fueron: 1. El diseño buscaba resolver dentro del desarrollo del Sistema constructivo Súbitas, un edificio de varias plantas que se adaptase a diversos destinos: hotelería, apart- A A A A A A A A A A 3.60 A A A A 3.60 A A A 3.60 3.60 = arriostramientos 3.60 = vigas columnas Fig. 15: Planta de estructura de entrepiso típico. Edificio en Ushuaia. S. Súbitas Techos Se eligió un techo de chapa fijado a correas que apoyan sobre cabriadas, que son de perfiles laminados. Paredes exteriores Se resolvieron a manera de un curtain wall conforme al Sistema constructivo Súbitas. De exterior a interior: Está compuesto por una placa premoldeada de Hormigón Li- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 262 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 263 viano, perfiles portaplacas verticales (IPN 80 cada 1.20 m), cámara de aire, aislación térmica, barrera de vapor y placa de yeso al interior. Paredes interiores Se resolvieron con un sistema de construcción en seco que consiste en placas de yeso sobre bastidores de perfiles de chapa plegada. Losas Las losas para el entrepiso en sus dimensiones quedaron definidas por el paso de 3.60 m entre las columnas, que debían cumplir la función de piso y de diafragma horizontal para distribuir las fuerzas horizontales a los arriostramientos verticales. Después de evaluar costos y velocidad de ejecución en las condiciones particulares del edificio, se optó por una losa de hormigón con armadura de malla electrosoldada hormigonada sobre un encofrado perdido de chapas acanaladas sobre viguetas de IPN 80. Esta losa se vincula con la estructura alrededor de las columnas donde se engrosa la losa y abraza la columna, armándose para evitar fisuras y quedando vinculada a las vigas principales a través de pasadores. Esta unión tiene por única función la de transferir los esfuerzos horizontales en el plano de la losa a los arriostramientos, por otra parte y por razones de seguridad en la construcción, la parrilla de viguetas se suelda a cada viga principal y la chapa ondulada se suelda también a las viguetas formando en la práctica un elemento rígido. Debido a la cantidad de estas soldaduras y a lo difícil de su control a un costo razonable se optó por el engrosamiento y armado de esos “ojales”. Perimetralmente esta losa también tiene un engrosamiento y se vincula directamente a las vigas principales y de borde donde se le colocó también una armadura de confinamiento. Vigas Se definieron las vigas simplemente apoyadas con perfiles Doble T, abulonadas a las columnas. Arriostramientos De acuerdo con los objetivos buscados desde el punto de vista constructivo se deseaba evitar la soldadura de elementos estructurales en obra. Además la resolución de aporticamientos con tornillos resultaba muy costosa y el edificio hubiera sido demasiado flexible para las solicitaciones de viento, considerando la sección pequeña de las columnas. (Nota: por aporticar entendemos el hacer rígida la unión viga-columna). Se adoptó como arriostramiento, un tipo como el que se describe en la fig. 16. Este tipo de arriostramientos permiten dejar un vano para la circulación o ventanas. Es- Fig. 16: Esquema y mecanismo de funcionamiento de los arriostramientos te punto es decisivo en edificios que buscan adaptarse a distintos destinos. Cumple con los objetivos de poder ser atornillado fácilmente, es poco deformable y sobre todo posee una gran capacidad de disipar energía (mucho mayor que las clásicas Cruces de San Andrés). Efectivamente ante un gran esfuerzo horizontal, sismo destructivo, en lugar de colapsar la columna con el consecuente derrumbe, se plastifica el dintel como se observa en el esquema, de tal manera que le permite a la estructura disipar energía de movimiento sin afectar a las columnas. En la posición de los arriostramientos se buscó la mayor simetría posible para evitar concentración de esfuerzos y grandes momentos torsores. En cada piso todos los arriostramientos son iguales, simplificando así la fabricación, el montaje y evitando detalles especiales. Esta distribución pareja de los esfuerzos en los arriostramientos, se reflejó en la simplicidad del esquema de fundaciones. Bases El suelo es de roca, teniendo que efectuar voladuras en algunos sectores para alcanzar los niveles de fundación. En las fundaciones predominó el tiro de los arriostramientos para definir las secciones de las vigas de fundación; éstas formaron una cuadrícula de 3.60 por 3.60 m, funcionando como emparrillado. Ver fig. 17. Los datos de cálculo fueron: Nieve: 90 kg/m2, Presión de viento cara a Barlovento: 192 kg/m2, Succión sobre el techo: 88 kg/m2. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 263 3.60 3.60 Capítulo 12 25/04/2001 8:36 AM Page 264 3.60 3.60 riostras Emparrillado de vigas de fundación Fig. 18: Ejecución de vigas de fundación. Ushuaia. Tierra del Fuego Fig. 17: Planta de fundaciones La previsión contra el fuego consistió en revestir la estructura con placas de yeso superpuestas. La protección anticorrosiva consistió en pinturas antióxido protegidas por asfalto. Los ascensores son hidráulicos. Proceso constructivo: Prefabricación La estructura metálica se fabricó en un taller de mediano equipamiento en la Provincia de San Luis y fue transportada por tierra hasta la Isla. Las partes principales de la estructura metálica son: -a-1. Columnas: 2 Perfiles U enfrentados por la boca y con presillas soldadas. Tramos de no más de 8.50 m de largo en las columnas; en las mismas se colocaron las piezas de unión con los anclajes, los puntales de los arriostramientos, los descansos de las vigas y los empalmes a tramos superiores de columna o apoyos de cabriada. -a-2. Vigas: perfiles doble T, todos de largo menor que 3.60 m y con las perforaciones para el pasaje de los tornillos. Las vigas de los arriostramientos se preparaban con la unión a los puntales y soldadas. -a-3. Puntales de arriostramientos: ídem columnas. Las placas de cerramiento exterior se fabricaron en una planta de premoldeado en la Provincia de San Luis y fueron transportadas por tierra hasta la Isla. -b. Fundaciones: Practicadas las necesarias voladuras de roca, se procedió a realizar el emparrillado de vigas de fundación, donde se dejaron en espera los bastones de anclaje de las placas bases de las columnas. Ver foto de la figura 18. -c. Estructura metálica: Las piezas más pesadas de la estructura son los tramos iniciales de las columnas los cuales no requirieron grúas para su montaje. En la fotografía de la figura 19 se observa cómo con simples aparejos se Fig. 19: Etapa inicial del montaje de columnas, vigas y arriostramientos montaron las piezas de la parte inferior de la estructura, que era la de tramos de columnas de mayor peso. También se puede apreciar cómo la poca variedad de piezas simplifica el acopio. Se completó el montaje en dos meses. -d. Losas: Ver figs 20 y 21. Sobre las vigas de la estructura se colocaron perfiles doble T de 80 mm cada 60 cm a manera de viguetas. Sobre estas viguetas se colocaron como encofrado perdido, chapas acanaladas soldadas a las viguetas y sobre ellas se hormigonó una losa con armadura de malla electrosoldada. Se dispuso la armadura necesaria para que la losa soporte los esfuerzos como diafragma horizontal. El dispositivo de ejecución de las losas permitió que se hormigonasen las 5 plantas en menos de un mes. -e. Cerramientos exteriores: Ver figs. 22 y 23. Verticalmente se disponen perfiles doble T de 80 mm cada 1.20 m, estos perfiles se vinculan a la estructura principal en cada piso. Las placas premoldeadas se van atornillando sobre los Doble T, y las carpinterías tienen un diseño especial de contramarco para fijarlo a los perfiles portaplacas y cerrar con las placas. El techo de chapas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 264 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 265 Fig. 20: Hormigonado de losas de entrepiso Fig. 22: Fijación de perfiles portaplacas y colocación de placas Fig. 23: Etapa final de colocación de placas Fig. 21: Vista de la estructura y losas completas prepintadas se fijó sobre correas metálicas que se atornillaron a los perfiles ángulo de las cabriadas. El cerramiento fue completado en dos meses. -f. Interiores: Las divisiones interiores se resuelven con tabiques de placas de yeso sobre bastidores de chapa plegada. Los cielorrasos también se resolvieron con placas de yeso sobre perfilería de chapa que se fija a las viguetas Doble T. Ver figs 24 y 25. Las cañerías de las instalaciones se disponen en el interior de los tabiques, y sobre los cielorrasos entre las viguetas, los tramos horizontales de descargas sanitarias se resolvieron bajando el cielorraso. En la fig. 26 se observa el edificio con sus terminaciones. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 24: Montaje de estructura para fijar placas de la tabiquería interior 265 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 266 Fig. 25: Terminaciones interiores aporta posibilidades de mayor precisión y control sobre los materiales y la estructura, sin embargo se introducen variaciones en la aislación térmica, que deben ser contempladas y resueltas correctamente. La forma en que se está tratando de comercializar este sistema constructivo es distinta a lo que han hecho el resto de los sistemas en nuestro país. Como se hace en Norteamérica, los distintos fabricantes del sistema venden sus componentes y nadie es el “titular o dueño” del sistema. Los fabricantes de la chapa de los perfiles, los fabricantes o importadores de placas de cerramientos, los fabricantes de aislantes, y otros, se conjugan para promover la construcción con el entramado de acero. De manera tal que la calidad y correcta ejecución de la construcción quedará en manos de los profesionales que intervengan en el proyecto y en el constructor, como ocurre en la construcción tradicional. Esto permite una gran libertad; cualquiera que lo desee compra los componentes a distintos proveedores y construye sin intermediarios. Desde luego es fundamental el asesoramiento, tanto en el proyecto como en la construcción, de profesionales idóneos en el sistema y en los requisitos de seguridad, habitabilidad y durabilidad de una vivienda. En nuestro país la empresa Steel Wall ofrece el servicio de adaptación de proyecto, panelización y construcción. Ver fig. 27. Fig. 26: Etapa final del edificio Finisterre Este edificio sufrió durante su construcción los efectos de la hiperinflación, para lo cual no había sido calculado. La estructura metálica había sido montada en dos meses, y una vez terminada, la obra se paralizó por cinco años, transcurridos los cuales, en pocos meses se ejecutaron las losas y demás terminaciones. El destino inicial de hotel se adaptó a las actuales oficinas y viviendas. Sistemas con entramado de acero (Steel Framing) Introducción Las ventajas que tiene el uso del acero en las estructuras fueron enumerados en el Capítulo 11. Además de ellas, al uso del entramado metálico, se le agrega el hecho de que es continuación de una tradición constructiva: la de los entramados de madera. Efectivamente, gran parte de los materiales complementarios, como placas o aislantes, se pueden usar en ambos sistemas estructurales indistintamente. El acero Fig. 27: Vivienda Prototipo en Buenos Aires. Steel Wall El entramado de Acero Los perfiles Los entramados de acero se basan en dos componentes de chapa doblada que encajan perfectamente uno dentro del otro. Ver fig. 28. Los parantes, studs, son secciones “C” en chapa doblada. Los plegados del borde le permiten lograr mayores resistencias. Las soleras, tracks o runners, son secciones Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 266 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 267 mente es de 40 cm para muros portantes. Una ventaja del acero sobre la madera es que permite aumentar la capacidad de carga del muro aumentando el espesor de la chapa del perfil permaneciendo las dimensiones exteriores constantes. Ante incrementos de carga localizados es una buena solución que permite mantener el espesor de las paredes. En nuestro país se ha progresado hacia la normalización de los perfiles con Normas IRAM- IAS 500. Bajo la denominación Perfil Galvanizado, PG, se tabulan las secciones U y C. Las piezas de mayor aplicación son las que aparecen en la tabla de la figura 29. Estas secciones, para las viviendas corrientes, responden a razones constructivas, y como ya se dijo es la continuación de la tradición maderera del 2” x 4”. Para los techos y entrepisos se emplean secciones “C”, cuya separación se busca hacer coincidir con la de los parantes. Fig. 28: Componentes básicos de los entramados de acero en “U”, o perfiles canal, que sirven de apoyo superior e inferior de los parantes. En principio no están diseñados para tomar cargas por sí solas. La combinación de perfiles permite obtener otros elementos estructurales. Según sea la carga que deba soportar un muro, o su altura, se puede aumentar la sección o el espesor de los parantes y consecuentemente se aumentará la sección de las soleras. La separación entre los parantes normal- Los tornillos Son el medio de unión entre las piezas del entramado, entre éste, el resto de la estructura y la forma de fijar las placas. En la figura 30 se observan los distintos tipos empleados en una vivienda. Los tornillos 1, 2 y 6 son de cabeza hexagonal y con arandela incorporada, son empleados en los perfiles de mayor espesor al permitir aplicarle mayor momento de torque. Se usan para unir SECCIONES MAS UTILIZADAS USO PERFIL C Nombre Alma mm PERFIL U Espesor Nombre Alma mm Calibre Espesor BGW Paredes interiores " portantes " " " " " " PG C PG C PG C PG C PG C x x x x x 90 100 100 150 150 x x x x x 0,89 1,24 1,60 0,89 1,24 PG U PG U PG U PG U PG U x x x x x 90 100 100 150 150 x x x x x 0,89 1,24 1,60 0,89 1,24 20 18 16 20 18 Entrepisos poca luz " luz media " luz grande " " PG C PG C PG C PG C x x x x 200 200 250 250 x x x x 1,24 1,60 1,60 2,00 PG U PG U PG U PG U x x x x 200 200 250 250 x x x x 1,24 1,60 1,60 2,00 18 16 16 14 Techos - cabriada Cabriada y cabios Cabios PG C x 100 x 1,24 PG C x 150 x 1,24 PG C x 150 x 1,60 PG U x 100 x 1,24 PG U x 150 x 1,24 PG U x 150 x 1,60 18 18 16 Fig. 29: Tabla de Secciones más empleadas. Según IRAM-IAS 500 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 267 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 268 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Fig. 33: Losa mixta de entrepiso (Steel Deck) Fig. 30/31: Tipos de tornillos y de puntas de tornillos para entramados de acero Parante Cordón superior Solera inferior Placa de entrepiso Rigidizador de apoyo Cordón inferior Cenefa Rigidizador de apoyo Angulo Viga Solera Parante Solera Fig. 34: Detalle de entrepiso seco Parante Fig. 32: Detalle de apoyo de la estructura de techo por ejemplo columnas o vigas al entramado. Los tornillos 3, 4, 7 y 8 se emplean para fijar las distintas placas al entramado, la cabeza cónica les permite hundirse en el material deformable de los cerramientos. Para armar los entramados, parantes y soleras, se emplean tornillos como el 5. Al ser los espesores menores no es necesaria la cabeza hexagonal, que por otra parte estorbaría por su volumen la colocación de las placas a filo de los perfiles. Cuando es necesario que la cabeza del tornillo sea aún más chata se emplean los de cabeza “pancake” (panqueque). Como regla general se pue- de decir que los tornillos que presentan hacia la rosca una superficie plana (arandela incorporada) son para unir los perfiles de chapa. Los de cabeza cónica son para fijar placas. En la figura 31 aparecen distintas puntas, la de arriba le permite ir haciendo su propia rosca (autoroscante) al atravesar los perfiles de chapa. Pero para funcionar necesita un perforado previo de los elementos a unir, a menos que sean de poco espesor. El tornillo cuya punta aparece en la parte de abajo permite perforar (autoperforante) espesores mayores que 1 mm y hacer su propia rosca para unir las chapas. Finalmente la punta que aparece en el centro permite fijar la madera al metal. Después de la punta y antes de la rosca tiene dos pequeñas alas que le ayudan a perforar la madera y que al chocar con el metal y comenzar a perforarlo se desprenden. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 268 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 269 Techos: Sobre el entramado portante se pueden apoyar estructuras de techo tanto de madera como de perfiles de acero. Para ser coherente con el sistema de entramado los elementos estructurales, cabios o cabriadas, se colocan con la misma separación que los parantes, 40 ó 60 cm (ver fig. 32). De tal manera la colocación de las placas de cielorraso será similar a las de muro. tración de esfuerzos se recurre a las cruces de San Andrés. Ver fig. 35. Anclajes: Actualmente se emplean los anclajes químicos: varilla roscada fijada con epoxi al hormigón de la platea. Por lo menos se debe colocar uno, cada 1.20 metros y bajo los paños de arriostramiento lo que indica el cálculo (corte y arrancamiento). Entrepisos: El empleo de una losa mixta, hormigón de 5 cm de espesor sobre una chapa (deck) conformada, es la forma más difundida. Las chapas se colocan sobre las vigas que apoyan en los entramados portantes. Ver fig. 33. También se pueden emplear entrepisos en seco, como los descriptos en los sistemas de entramado de madera, dispuestos sobre vigas metálicas. Ver fig. 34. Montantes En "T" Arriostramientos: Tornillos según se requieran El empleo de las placas que toman corte, por ejemplo tableros contrachapados, fijados a los entramados son los más difundidos y se rigen por los mismos principios que cuando se emplea madera. Cuando existe concen- Encuentro de paneles Fleje sección rec.: 100 x 1,6 Tornillo en c/parante Parante doble s/se requiera en los extremos En esquina Fig. 36: Detalle de encuentros de muros Solera inferior Anclaje s/se requiera Tornillos s/se requiera Fig. 35: Detalle de anclaje de cruz de San Andrés Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 37: Vivienda de entramado de acero revestida con poliestireno expandido. Steel Wall, Arg. 269 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 270 Encuentros En la fig. 36, se muestra la forma correcta de resolver los encuentros de muro, siempre se debe garantizar el apoyo para las placas de cerramiento. Revestimientos El entramado de acero como continuador de la tradición de los de madera tiene las mismas posibilidades de terminación. Sin embargo como se vio en el capítulo anterior la gran conductividad de calor del acero, nos obliga a realizar distintas consideraciones. Una de las formas de resolver este problema, se puede apreciar en las fotografías de las figuras 37 y 38. Sobre el lado exterior de los perfiles después de ser fijados al tablero, el contrachapado fenólico, y la barrera de aire y agua, (p. ej. Papel Tyvek), se colocan planchas de poliestireno expandido de 2.5 cm de espesor, pudiendo ser otro aislante rígido, sobre el cual se aplica un revoque embebido en una malla de fibra de vidrio resistente al cemento. En las figuras 39 a y 39 b, se observa un revestimiento de ladrillo tradicional. La unión con el entramado se realiza con grampas que atraviesan el tablero, la barrera de aire y agua y se fijan a los parantes. Cuando la zona es de clima templado cálido, la del siding de madera sobre un tablero de suficiente espesor, puede ser una solución al puente térmico, como se observa en la fig. 50. También existe un sistema norteamericano, AFS, donde se colocan entramados auxiliares de perfiles de pequeño calibre y sección que cortan los puentes térmicos. Los puentes térmicos deben ser verificados con la Norma IRAM 11605. No solamente se debe verificar que no haya condensaciones superficiales, sino también que la diferencia de temperaturas sobre el muro no superen los dos grados. Este es el límite a partir del cual el polvo del aire comienza a depositarse sobre las zonas frías y produce las conocidas como marcas fantasmas (ghost marks). Durabilidad La durabilidad del sistema depende del cuidado de los detalles constructivos, hay que evitar las condensaciones y entradas de agua, y tener muy en cuenta la calidad de los materiales. En ese sentido los perfiles galvanizados deben estar respaldados por normas IRAM o equivalentes. También es muy importante la calidad de los tornillos. Fig. 38: Terminación con revoque final de 3 mm sobre malla de fibra de vidrio. Steel Wall, Arg. Fig. 39b: Corte de revestimiento de ladrillo. Steel Wall, Arg. Fig. 39a: Corte de revestimiento de ladrilllo. Steel Wall, Arg. Fig. 40: Paneles de entramado metálico rumbo a la obra. Steel Wall, Arg. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 270 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 271 41 45 42 46 43 47 44 48 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 271 Capítulo 12 25/04/2001 8:37 AM Page 272 50 49 Fig. 41 a 50: Proceso constructivo de una Vivienda con entramado de acero. Steel Wall, Arg. Proceso constructivo El entramado de acero se puede armar en el lugar, tal como los de madera, o ser panelizado en fábrica. Por panelizado se entiende prearmar el entramado en secciones de largo variable y con la altura del muro. El proceso de panelizado comienza determinando sobre el proyecto de la vivienda cómo se realizará el entramado y cómo se subdivide en paneles. La empresa Steel Wall, tiene en San Fernando, Pcia. de Buenos Aires, una planta donde fabrica los paneles de muros y cabriadas. Ver figura 40. Estos paneles pueden ser simplemente los elementos de acero o incluir también el tablero de contrachapado. Como todo sistema liviano puede fundarse con platea o vigas de fundación perimetrales y bajo los muros portantes. En la primer fotografía de la secuencia de figuras 41 a 50, se observa la platea donde se montará la estructura metálica. Es importante el nivel y la perfecta terminación de la misma porque la solera inferior del entramado no debe ser forzada ni abollada. Un sellador sintético se coloca entre la solera y el hormigón. Para el anclaje se utilizan varillas de hierro roscadas que se insertan en perforaciones hechas en el hormigón y se fijan con resinas epoxi. También se pueden dejar anclajes en espera u otro anclaje mecánico. El panelizado simplifica el montaje, y el tablero incorporado al panel le da mayor rigidez facilitando los movimientos, fig. 42. La viga de entrepiso, al fijarse sobre los paneles, les da continuidad y sirve a su alineamiento, fig. 43. Completando el entrepiso se ve cómo las vigas apoyan sobre un muro interno, fig. 44. Obsérvese el detalle del correcto refuerzo por empalme en el apoyo. Se completa el entramado de la planta alta y la colocación de cabriadas, figs. 45 y 46. Se puede apreciar cómo se van colocando los tableros que unen los entramados de planta alta con los de planta baja. En esta forma el muro de ambas plantas se comporta solidariamente y se asegura el pasaje de los esfuerzos horizontales, viento o sismo, a las fundaciones. Si no se adoptase esta solución habría que disponer de elementos de unión para transmitir el corte de una planta a la otra. En la figura 47 se observa la colocación del papel Tyvek, que es la barrera de agua y aire. La fig. 48, muestra el interior donde se están colocando las cañerías. La aislación térmica, lana de vidrio, también se coloca en el entrepiso por sus cualidades acústicas, fig. 49. Posteriormente se colocará un film de polietileno como barrera de vapor y las placas de yeso. Finalmente la fig. 50 muestra la casa terminada con el sidding de madera exterior. Conclusión: El empleo del acero para los entramados permite construir con rapidez y controlar efectivamente la calidad del producto. Su empleo permite proyectos flexibles y terminaciones de calidad. Para su buen desempeño es esencial resolver correctamente los detalles constructivos y controlar los materiales, dependiendo de ello su durabilidad ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 272 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 273 CAPITULO 13 Sistemas Livianos de Paneles Portantes Introducción C on la expresión “paneles livianos portantes” se describe a los elementos de muros o de techos, que resuelven parcial o totalmente el cerramiento y cumplen además una función estructural. Para que los paneles sean de poco peso y a la vez aislantes existen dos alternativas. La primera es emplear un único material que sea portante y liviano, como los hormigones celulares, que se vieron en el capítulo 6 de grandes paneles, empleando un hormigón celular de 800 kg/m3, 10 de espesor modulado a 40 cm de ancho, y 2.50 de alto, con lo cual se obtiene un panel de 80 kg de peso. La segunda manera es combinar capas de materiales, unos proporcionaran la resistencia y otros la aislación. La relación masa/resistencia de los materiales de uso frecuente obliga a que las capas resistentes sean de poco peso, esto lleva a tratar de disminuir su espesor. Son muchas las formas en que colaboran las placas de cerramiento y la aislación, de manera tal que en conjunto pueden soportar cargas que separadamente no podrían. El principio que rige este tipo de elementos es un núcleo aislante liviano y rígido de entre 5 y 10 cm de espesor, cubierto en ambas caras por placas. El problema de las placas para tomar cargas es que su poco espesor las pone en peligro de pandear o “abollarse”; para que esto no suceda se debe arriostrar o “estabilizar” esa placa y ello se consigue uniéndola al núcleo, en general aislante, que tiene mayor espesor. Las placas de cerramiento empleadas son de yeso, contrachapadas o cementicias, y los aislantes suelen ser de poliuretano rígi- do o de poliestireno expandido. Sin embargo, como veremos, esta enumeración no es excluyente. A estos paneles portantes, se los puede definir como grandes paneles sandwich hechos con materiales livianos, o en el otro extremo como sistemas livianos completamente panelizados en fábrica. Estos sistemas comparten las ventajas descriptas para los sistemas livianos, y se les agrega la velocidad de montaje al tener resueltos estructuras y cerramientos al mismo tiempo. Por las características de los materiales y el proceso de ensamble, estos sistemas requieren mayor control que los livianos cuya estructura queda a la vista durante el montaje. En general tienen un funcionamiento estructural no convencional que hace que para justificar su capacidad portante se requieran ensayos. Como mínimo deben ser requeridos los ensayos a compresión, flexión, e impacto duro y blando. Las juntas y el control de las deformaciones son los puntos del diseño donde se debe prestar mayor atención. Los paneles livianos portantes buscan conseguir economizar la de mano de obra, las instalaciones y lograr la rapidez de montaje de los grandes paneles de hormigón. Las ventajas de los sistemas livianos son que no requieren de inversiones intensivas de capital para las fábricas. A su vez tienen limitaciones para adaptarse a proyectos fuera de su módulo y emplean materiales elaborados de costos altos. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 273 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 274 Un beneficio no despreciable es que los muros de estos sistemas no “suenan” a hueco y por lo tanto no deben vencer esa barrera cultural. Vista del panel Detalle de celdilla 19 mm 3 m máximo Sistemas de Paneles livianos portantes en la Argentina PROVELCO Descripción general Se trata de un sistema liviano para viviendas de planta baja (fig. 1) que emplea paneles con función estructural. Estos paneles constan de un núcleo alveolar de fibra celulosa (Honey Comb) y dos caras de chapa lisa de acero galvanizadas (ver fig. 2). En la Argentina se han construido más de 400.000 m2 empleando estos paneles. Cuenta con una fábrica, capaz de producir paneles para 4.500 viviendas por año. Fig. 1: Viviendas en Planta Baja. Sistema Provelco. P. Podestá, Pcia. de Buenos Aires 7,5 cm 1 7,5 cm 2 1.20 m ó 0.60 m 3 Ex ter ior Int er i or Referencias: 1: Interior Chapa galvanizada lisa calibre 27 2: Celdilla nido de abeja de fibra celulosa Kraft 3: Exterior Chapa galvanizada gofrada prepintada calibre 24 Panel estructural “Honey Comb” (Fig. 3) Este tipo de paneles se emplea en nuestro país desde hace varios años, originalmente se importaban desde los EE.UU., siendo en la actualidad de fabricación nacional. La tecnología tiene su origen en la industria aeronáutica, por sus características resistentes y por el reducido peso de los paneles. Detalle del panel Fig. 3: Esquema del Panel “Honey Comb El núcleo interior es una trama estructural de fibra celulósica larga de Kraft de 114 gr/m2 impregnada en resinas fenolformoldehídicas en un 11% del peso del papel. La impregnación le permite al papel aumentar su resistencia mecánica, lo hace ignífugo e imputrescible. La trama estructural se asemeja a la de los panales de abejas por su forma hexagonal. Las láminas del papel impregnado son unidas espacialmente entre sí con adhesivos vinílicos. El radio de las celdas puede ser de 12.5 mm hasta 19 mm. Las resistencias a compresión del núcleo resultante, colocando las aberturas de las celdas perpendicularmente a las caras, alcanzan los 6 kg/cm2 y al corte 1.9 kg/cm2. El adhesivo empleado para pegar las caras de acero al núcleo, es a base de resinas neoprenefenólicas, activadas a 80 grados de temperatura. Es impermeable, no altera sus propiedades con los cambios de temperatura y no es atacado por hongos ni insectos. Las caras de las chapas lisas de acero de 0.4 mm, se trabajan en bobinas y deben estar perfectamente libres de grasa y suciedad. Muros exteriores Fig. 2: Paneles de muros. Sistema PROVELCO En base al panel descripto, de altura hasta 3 m, 7.5 cm de espesor y modulado en 60 y 120 cm de ancho, se debe agregar la aislación térmica necesaria para el K re- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 274 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 275 querido por la Norma IRAM 11605, por su ubicación bioclimática. El aumento de aislación se puede conseguir por ejemplo con planchas de poliestireno u otros aislantes rígidos que revisten el panel y sobre el que se coloca una placa de yeso. Otra solución para obtener mayor aislación consiste en el agregado de copos de poliestireno en las celdas del núcleo. Es la solución a la que responden los detalles de la fig. 4. La cara exterior de los muros puede ser terminada con cualquier tipo de revestimiento que asegure su adherencia a la chapa. Hacia el interior la terminación habitual es la placa de yeso. La capacidad portante, analizada por ensayos a la compresión, en paneles de espesor entre chapas de 7.5 cm y de 1.20 de ancho, mostró que sólo alcanzaron la rotura o abollamientos importantes, al superar los 1700 kg de carga. Estos valores se explican por la colaboración y el arriostramiento que ejerce el núcleo sobre las chapas de acero. Muros interiores Se pueden usar los paneles del sistema o cualquier otro de tabiquería: entramado de perfiles de chapa y placas de yeso, bloques de yeso, etc. Techos El sistema permite emplear los paneles Honey Comb para el techo, también admite cualquier tipo de techo convencional de cabriadas de madera o acero. Unión panel exterior con techo y alero Detalle de encuentro de paneles exteriores en esquina 1 7 2 12 5 3 12 3 4 INTERIOR EXTERIOR 3 6 Corte vertical Perfiles para ensamble de paneles Canal base exterior (aluminio pintado) 7 11 3 10 Frentín tapajunta de techo (aluminio pintado) Perfilería de encuentro esquinero (aluminio pintado) 8 9 Perfil ángulo de 55° (aluminio pintado) Referencias de los detalles 1. 2. 3. 4. 5. 6. Panel de techo 7. Panel exterior Bulón de 1/4" 8. Zócalo de madera Tornillo galv. ø 4 mm 9. Disparo Hilti Frentín tapajunta 10. Canal base Perfil de vinculación 11. Sellador butílico Cielorraso 12. Perfil esquinero Perfilería de vinculación de techo (aluminio pintado) Chaveta plástica (P.V.C. estabilizada a la luz ultravioleta) Hay variantes en chapa Fig. 4: Juntas del Sistema Provelco. Variante con aislación incluida en las celdas Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 275 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 276 Juntas y Uniones Entre los paneles se disponen perfiles especiales que materializan la junta y que a través de tornillos, permiten unirlos mecánicamente. Estos perfiles son de aluminio extruido en aleación (A65), anodizado de propiedades estructurales. Para la junta entre paneles consecutivos, se emplea un perfil de chapa galvanizada o de PVC estabilizado al Ultravioleta con la forma que se detalla en la figura 4. Proceso de Montaje continuidad del muro. También los sucesivos paneles se van atornillando al perfil canal cada 30 cm. Las instalaciones eléctricas vienen incorporadas al interior de los paneles como se aprecia en la fig. 2. Habiendo montado todos los paneles se colocan los perfiles superiores alineando y rigidizando el conjunto, con tornillos cada 30 cm. Sobre este perfil se fijan las cabriadas del techo. Fig. 9. Sobre ellas se colocarán correas de chapa doblada donde se fijan los tableros fenólicos que sirven de apoyo a la cubierta, en este caso sí- Las fundaciones pueden ser una platea con refuerzos de borde o zapata corrida. Habiendo fraguado el hormigón y verificado el replanteo, se fijan los perfiles canal por medio de anclajes, fig. 5. Entre el perfil y el hormigón se colocan dos cordones continuos de masilla plástica para asegurar la estanquidad al agua. Este sellado se repite entre el panel y la parte superior del perfil canal. Se comienza el montaje a partir de una esquina, fijando los paneles a través de los perfiles de junta con tornillos autorroscantes zincados de 4 mm de cabeza hexagonal cada 30 cm, fig. 6. Posteriormente se van agregando paneles, fig. 7, y en su junta vertical se desliza el perfil, en este caso de chapa galvanizada, fig. 8, que asegura la Fig. 6: Paneles de muro atornillados a perfiles canal Fig. 5: Perfiles canal anclados a la platea Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 7: Montaje de paneles y colocación del perfil de junta 276 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 277 mil pizarra. Figs. 10 y 11. Cuando se está concluyendo el techo, exteriormente se toman las juntas entre paneles con masillas elásticas, fig. 12, y se colocan las carpinterías. En el interior se coloca el block cloacal en el hueco dejado en la platea o contrapiso, fig. 13. Se procede luego a la colocación de las placas de yeso de la tabiquería interior. En la fig. 14, se aprecia la terminación interior alcanzada. La fig. 15 muestra el revoque plástico de alta adherencia con que se revisten los paneles en el exterior. Fig. 8: Detalle de la junta entre paneles Fig. 11: Vista interior del tablero fenólico del techo Fig. 9: Detalle de terminación de paneles e inicio de la estructura del techo Fig. 10: Estructura de cabriadas del techo Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 12: Masillado de juntas exteriores entre paneles 277 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 278 Fig. 13: Colocación del block cloacal Fig. 15: Perfil de esquina y revestimiento de revoque plástico COIMPRO Descripcion general Fig. 14: Vista interior de vivienda terminada. S. Provelco Conclusión El proceso de protección (imprimación) de la celulosa del núcleo, es lo que asegura su duración así como la calidad de los adhesivos empleados para fijarlo a la chapa del acero. Los detalles constructivos y en especial el cumplimiento de las Normas IRAM de Acondicionamiento Térmico asegurarán para cada obra la calidad del producto. En nuestro país el sistema cuenta con C.A.T. desde hace más de 10 años y se adapta especialmente para las zonas sísmicas por su bajo peso. Es un sistema constructivo de reciente aparición en el mercado, recoge la tecnología de los astilleros que fabrican embarcaciones de plástico reforzado con fibra de vidrio, y se emplea en construcciones de planta baja. Ver figura 16. Se basa en la utilización de paneles para muros que presentan caras planas de fibra de vidrio aglomerada con resina poliester auto extinguible (PRFV: plástico reforzado con fibra de vidrio) con un núcleo aislante de espuma rígida de poliuretano en su interior. El techo puede ser tradicional o emplear paneles de techo que constan de una superficie superior conformada de PRFV y del lado inferior un aislante en base a espuma de poliuretano con agregado de vermiculita exfoliada para mejorar su resistencia. Los bordes de los paneles presentan aletas reforzadas en las cuales se efectúan las uniones utilizando bulones. Los paneles son producidos en fábrica y montados en obra. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 278 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 279 Panel exterior 2,60 (vista) A B Alto 2,75 m B Fig. 16: Vivienda en planta baja. Sist. COIMPRO. San Isidro, Pcia. Bs. As. Ancho 2,60 m Componentes del Sistema Tabiques interiores Al igual que los muros exteriores los paneles de la tabiquería interior constan de dos caras de PRFV de 3 mm de espesor y un interior de espuma rígida de poliuretano de 30 kg/m3 de densidad. Ambas caras del panel presentan una textura similar al revoque fino. Para las puertas interiores se coloca en el panel un premarco de madera de sección 3” x 1”. Paneles de Techo Además del techo tradicional liviano, se tiene la opción de paneles de techo de 3.11 m de largo por 1.30 m de ancho. Ver fig. 18. Su cara superior es de PRFV de 6 mm de espesor y presenta una superficie que se asemeja a A P.R.F.V. de 3 mm 8 cm Muros exteriores Los paneles de que se utilizan como muros exteriores son de 8 cm de espesor, están compuestos por dos caras de PRFV de 3 mm de espesor separadas por espuma rígida de poliuretano de 30 kg/m3 de densidad. Ver fig. 17. Los paneles exteriores tienen una altura de 2.75 m y largos variables que alcanzan hasta los 3.90 m, siendo la usual 2.60 m. En los bordes de los paneles se juntan las caras de tal manera que conforman un perfil o aleta que facilita la vinculación con otros paneles. La cara del muro que esta expuesta al exterior tiene la textura de un muro de ladrillo visto con junta enrasada, que se obtiene con la matricería empleada. La cara interior del muro presenta en cambio una textura semejante al revoque fino. Para las puertas y ventanas se dispone en el interior del panel un premarco de madera de sección 3” x 2”, al cual se ajustará luego el marco de la carpintería correspondiente. Panel exterior 2,60 (secc. A-A y B-B) Perforación para el pasaje Espuma rígida de 5 cm de bulones 1/4" c/20 cm poliuretano 7,4 mm Fig. 17: Sistema COIMPRO. Detalles de juntas la teja francesa. En sus cuatro bordes presenta aletas que le confieren rigidez y le permiten al ser traspasadas por bulones constituir uniones con los paneles contiguos. En coincidencia con el lugar donde se inicia el alero presenta una aleta de PRFV de 6 mm vinculada a la superficie exterior del panel de techo que se utiliza al vincularla al muro. El cielorraso se realiza con placas de yeso que se atornillan a una estructura de sostén de perfiles de chapa. Sobre las placas de yeso-cartón se coloca la barrera de vapor consistente en un film de polietileno de 50 micrones. Los perfiles de la estructura del cielorraso se fijan sobre la parte superior de los paneles de muro con tornillos tipo Parker. Uniones y Juntas Juntas verticales La junta entre paneles contiguos se realiza según detalle de fig. 18 con la colaboración de una planchuela de acero de espesor 6 mm, que une las aletas de los paneles. La unión mecánica se materializa con bulones de 1/4” (6.3 mm) diámetro cada 20 cm. La junta se completa con el agregado de dos planchas de poliestireno expandido de 2 cm de espesor a cada lado para reconstituir la aislación de los paneles que se corta en las aletas. Finalmente se termina la junta colocando tapajuntas de PRFV de 3 mm de espesor que se fija con remaches Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 279 Capítulo 13 25/04/2001 8:42 AM Page 280 Unión panel exterior con techo y alero Encuentro de paneles esquina 18 2 19 20 22 4 6 7 3 21 20 5 160 mm 4 80 mm 17 1 17 23 19 3 8 18 3 11 4 cm EXTERIOR Encuentro de paneles en yuxtaposición INTERIOR Detalle de anclaje de paneles en platea 80 mm 80 mm 4 3 60 cm 11 12 13 14 15 16 9 10 Referencias 1- P.R.F.V. DE 6 mm 2- Poliuretano expandido con vermiculita de 5 cm 3- Espuma rígida de poliuretano de 74 mm 4- P.R.F.V. de 3 mm 5- Aleta de fijación laminada en P.R.F.V. (6 mm x 160 mm) y bulón de 1/4" 6- Film de polietileno de 50 micrones (b. de v.) 7- Perfilería del cielorraso 8- Placa de yeso cartón de 9 mm 9- Sellador sintético base butílico 10- Vereda perimetral 11- Carpeta niveladora 12- Mortero de asiento 13- Solado (Baldosas o cerámico) 14- Anclaje horizontal Ø 6 mm c/60 cm 15- Malla Ø 6 mm c/30 cm 16- Hormigón (espesor 12 cm) 17- Tapajunta de P.R.F.V. 18- Planchas de poliestireno expandido de 2 cm 19- Planchuela de sujeción 20- Remache Pop 21- Tapajunta de PVC 22- Aleta del panel 23- Bulón de 1/4" x 3/4" Fig. 18: Sistema COIMPRO. Detalles de juntas pop a las caras del panel. La junta entre paneles de esquina, se resuelve de manera similar, un ángulo de acero de 6 mm se atornilla con bulones de 1/4” cada 20 cm a las aletas de los paneles. Se colocan planchas de poliestireno expandido de 2 cm de espesor para reconstituir la aislación y se coloca el tapajunta externo de PRFV de 5 mm fijado con remaches pop, del lado interior se colocan tapajuntas de PVC fijadas con adhesivo sintético. Juntas Horizontales Junta del panel de muro con la fundación: según se ve en la fig. 18. La aleta del panel se introduce en el hormigón de la fundación. La armadura de la fundación atraviesa a la manera de pernos pasantes la aleta del panel. Del lado exterior se coloca un sellador sintético y del lado interior se resuelve como un piso tradicional. Proceso de producción de los paneles de muros y techos COIMPRO, Construcciones Industrializadas Multipropósito, instala la fábrica en Tigre, Pcia. de Buenos Aires, en 1996. La capacidad actual es para producir aproximada- mente una vivienda de 50 m2 por día. Esto representa una producción estimada de 300 casas por año. La fabricación es semejante a la de todos los laminados en PRFV (Poliéster reforzado con fibra de vidrio), siendo éste basado en matricería acondicionada para tal fin utilizándose máquinas proyectoras de gelcoats y aspersoras de material específicas. Una vez laminadas las dos caras del panel se procede a unir ambas con un núcleo de espuma de poliuretano expandido, mediante resinas poliéster, colocándose el conjunto (las dos caras laminadas y el poliuretano), en una cámara de vacío para asegurar la adherencia total entre los elementos. Este procedimiento le confiere una gran rigidez y asegura la homogeneidad del producto. Posteriormente se realizan las tareas de refilado de los bordes y terminaciones finales. Una vez terminado el panel se clasifica por tamaño y en posición vertical, descansando sobre un apoyo, se separa de los otros con planchas de poliestireno para evitar deterioros. El almacenaje es aproximadamente una semana, y lue- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 280 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 281 go es entregada a destino. El transporte se realiza en camiones con acoplados o semirremolque donde es posible transportar dos viviendas tipo de 50 m2 de superficie. Proceso de Montaje Habiendo procedido a la limpieza y nivelación del terreno, se replantea y ejecuta una platea de hormigón armado. Al hormigonar la platea se dejarán huecos de 30 cm de diámetro, ver fig. 19, que se introducen además 30 cm en el terreno. En esos huecos en forma de pilotines se empotrarán con un relleno de hormigón “in situ” los ángulos y planchuelas de acero que se utilizan en la unión de los paneles. La platea además presenta una canaleta de 4 cm de ancho por 10 cm de profundidad, en coincidencia con el apoyo de los paneles de muro. Cada 60 cm se practica un “rebaje en el espesor de la platea que deja al descubierto la armadura de la misma. Por ese “rebaje se introducirá una varilla de hierro de 6 mm que atraviesa la aleta inferior del panel y se vincula a la malla de la platea. Al hormigonar luego de colocado y replanteado el panel se materializará el anclaje. Además se deja en la platea un hueco para la colocación de las descargas de la instalación sanitaria. Montaje de los paneles Finalizada la platea se comienza con la colocación de los paneles de una esquina, fig. 20, se une un panel con otro por medio de las solapas de ensamble con un ángulo de acero, que se introduce 50 cm en el orificio ya previsto y descripto en la platea de fundación, fig. 21. Se suelda al hierro que se encuentra dentro del orifico (pilotín). De esta manera sucesivamente se van montando los restantes paneles, fig. 22, y empotrando los perfiles de sus uniones. Cada ángulo o planchuela usada en la unión es de 6 mm de espesor y se unen a los paneles en sus aletas con 28 bulones de 1/4” por 2”, tuercas y arandelas zincadas. Entre las planchuelas o ángulos y las aletas de ensamble se coloca un sellador sintético en base a caucho butílico. En el encuentro de las aletas de ensamble de las paredes exteriores e interiores con la platea, la aleta es perforada y atravesada por hierros de 6 mm que se vinculan a la armadura de la platea. En el posicionamiento de paneles se utilizan puntales provisorios mientras se va verificando la escuadra y el plomo y procediendo a su ajuste. Se colocan en esta etapa los marcos de las aberturas que se atornillan a los premarcos previstos en los paneles. Se procede enton- Fig. 19: Platea de fundación con los huecos para anclaje Fig. 21: Montaje de paneles interiores Fig. 20: Comienzo de montaje. Paneles de esquina Fig. 22: Colocación de perfil de unión en esquina Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 281 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 282 ces a llenar con hormigón los huecos donde se anclan los perfiles de unión entre paneles y las canaletas donde apoyan los paneles de muro. Los paneles de techo se vinculan al muro a través de la aleta que se atornilla a la aleta superior del muro y en el otro extremo al panel que conforma la otra agua del techo. Se atornilla cada panel a ambos lados, con bulones zincados de 1/4” con sus correspondientes arandelas y tuercas. Para la junta entre paneles se utilizan selladores en base a caucho butílico. Se procede a armar el cielorraso. Para ello se utiliza el entramado de perfiles metálicos para luego colocar las placas de yeso-cartón y el film de polietileno como barrera de vapor. La instalación sanitaria se resuelve de la manera tradicional. La instalación eléctrica, se realiza utilizando cañería de 1/2” que se encuentra embutida en los paneles y tiene salidas para empalmes en la parte superior de los paneles. Dichas salidas se empalman con cañerías que corren sobre el cielorraso hasta los centros. Las juntas verticales entre paneles se terminan con una plancha de 2 cm de poliestireno expandido y un tapajuntas de PRFV fijado con remaches pop. La junta horizontal entre los paneles de muro y la vereda perimetral se sella con un producto en base a caucho sintético. las soluciones ácidas. La concentración de pigmentos de color debe ser la mayor posible para dar la máxima protección, evitando así la exposición del vehículo al UV. Sin duda con el correr de los años se producirá un desgaste de este recubrimiento, por lo tanto para que se conserven las propiedades se debe hacer un mantenimiento para mantener el color del mismo. Esto se consigue con un pintado de las superficies afectadas. COIMPRO para asegurar la duración de su producto, toma las siguientes precauciones: - Utilización de pigmentos inorgánicos de alta concentración de grafito coloidal, rojo ferrite, azul ferrite verde y amarillo ferrite. - Resinas isoftálicas que son resistentes a las soluciones ácidas. - Un espesor importante en el recubrimiento del techo, más allá de lo necesario por resistencia mecánica, para prolongar la vida útil del elemento aún sin mantenimiento de pintado. Las precauciones antedichas garantizan una duración de 10 a 15 años sin ningún tipo de conservación. Si se realiza el correspondiente pintado de mantenimiento no hay problemas de deterioro como lo indican la experiencia de las embarcaciones de este material que superan largamente los 30 años de uso en las peores condiciones. Características y especificaciones especiales de los materiales EUROCASA Resina poliéster: No inflamable y con retardante de llama. Densidad del poliuretano: 30 kg/m3 Características del adhesivo: resinas poliéster Tereftálicas, no inflamables. Peso del panel de muro por m2: 14 kg/m2 Peso del panel de techo por m2: 10 kg/m2 Consideraciones sobre la durabilidad Las causas del posible deterioro de los laminados de PRFV a la intemperie pueden resumirse en el comportamiento de los componentes de las superficies expuestas a los ataques de la radiación ultravioleta (UV), a soluciones ácidas, y a las acciones abrasivas, en distintas condiciones de temperatura. Para protegerse se cuenta con recubrimientos protectores que deberán soportar estas condiciones. En el común de los casos estos están constituidos por dos componentes: color y aglutinante o vehículo. El color lo aportan los pigmentos que deberán ser inorgánicos ya que estos son los encargados de reflejar la luz y proteger el aglutinante que es orgánico. Los rayos UV no afectan a los compuestos inorgánicos. A su vez el aglutinante o vehículo debe ser resistente a Descripción general El sistema Eurocasa, fig. 23, cuenta con C.A.T. desde 1994, y ha sido aprobado por el INPRES para construir viviendas en planta baja en todas las zonas sísmicas. Está basado en el acople de paneles portantes, formados por dos placas, la exterior de terciado fenólico y la interior de yeso, separadas por una capa de espuma de poliuretano expandido. Ver fig. 24. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 23: Vivienda en planta baja. Sistema EUROCASA 282 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 283 1 Panel unificado de tres elementos entre columnas 2 3 1,22 m 2,44 m 4 5 1 2,44 m 7 6 2 3 4 1,22 m Vista frontal Sección vertical Sección Horizontal 7 6 12,5 cm 7 49,5 cm 5 5 6 4 8 cm Referencias: Referencias de los detalles 1. Perfil de unificación 40-80-40 2. Tornillo de fijación Ø 6 mm 3. Bastidor horizontal 30-50-30 4. Placa de yeso 5. Poliuretano inyectado 6. Terciado fenólico 7. Bastidor vertical 30-50-30 Fig. 24: Esquema del panel de muro 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Planchuela rigidizadora panel-panel Planchuela rigidizadora panel-columna Columa de esquina Panel tipo de 1,22 m Platea con viga y pilotines Planchuela rigidizadora panel-platea Tornillos de fijación. Fig. 25: Axonométrica de muro entre columnas de acople Estos elementos se vinculan a un bastidor de perfiles de chapa doblada de tal manera que conforman la longitud deseada de muro. Ver fig. 25. Estos paneles se vinculan mediante columnas de chapa, rellenas de poliuretano, en forma de H que permiten el encastre. El sistema permite la utilización de cubiertas tradicionales. Las cañerías de las instalaciones eléctricas, de agua y gas quedan embutidas dentro de los paneles. En la fig. 26 muestra los detalles de juntas horizontales y verticales que definen el sistema. Fabricación de los paneles En fábrica se preparan los bastidores de chapa, con perfiles C, y se revisten con las placas, en ese procedimiento también se procede a la colocación de las cañerías. Luego se coloca el panel en la prensa de inyección. Allí se lo fija y se vierte en la cavidad la mezcla reactiva. Esta se expande y llena el espacio entre las placas. El espesor final de la capa inyectada tiene de 5 a 7 cm según el proyecto y la densidad del aislante es de 55 kg/m3. Las prensas evitan que el panel se curve. Fig. 27: Acopio de paneles en fábrica Los paneles terminados se acopian verticalmente y se disponen para ser transportados a obra en trailers diseñados al efecto. Ver figs. 27 y 28. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 283 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 284 Detalle de encuentro entre paneles con el techo y el solado 8 ATICO VENTILADO 9 10 1 Detalle de vinculación entre paneles de esquina 2 3 11 Moldura EPS EXTERIOR 14 2 INTERIOR 3 11 3 3 15 11 4 5 12 6 EXTERIOR 12 13 7 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Referencias Cielorraso con rejilla de ventilación Terciado fenólico y revoque plástico Placa de yeso Perfil de unificación 40 x 80 x 40 Bastidor horizontal 30 x 50 x 30 Sellador Contrapiso de la vereda Aislación hidrófuga 9. 10. 11. 11. 12. 13. 14. 15. Lana de vidrio con barrera de vapor Cielorraso de placa de yeso Poliuretano inyectado Zócalo de madera Junta de Compriband Platea de hormigón Parante vertical del bastidor Columna doble "H" inyectada con poliuretano Fig. 26: Sistema EUROCASA. Detalle de juntas Proceso de Montaje Previa nivelación del terreno se procede a replantear y ejecutar la platea de hormigón armado según requerimientos del cálculo, fig. 29. Los paneles de muro pueden ser trasladados y ubicados en su posición sin emplear equipos pesados. Fig. 30. En la platea se han dejado sin hormigonar los espacios para colocar las columnas. Se comienza el montaje por una esquina en la cual la columna vincula a los paneles que se encuentran en la misma, fig. 31. Los paneles se asientan sobre tiras de espuma de poliuretano embebida en asfalto y luego es sellada la junta, fig. 32, cerrando así el paso de agua bajo los paneles. Una vez colocados todos los paneles se procede a verificar su posición y aplomado, luego se los fija a las columnas esquineras por medio de planchuelas en ángulo al que se atornillan. La misma solución se adopta para el anclaje a la fundación. Allí se emplean bulones de 1/2” pulgada. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 284 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 285 Fig. 28: Transporte de paneles sobre trailer Fig. 31: Montaje de paneles Fig. 29: Nivelado de la platea de fundación Fig. 32: Sellado de junta entre paneles y platea Fig. 30: Movimiento del panel en obra sin maquinaria pesada Se comienza en ese momento el llenado con hormigón, a través de las columnas de los huecos dejados en la platea. Así el relleno de hormigón en la base de la columna sirve de anclaje de la misma que queda embebida en la fundación. La parte superior de la columna se rellena con poliuretano. La fijación del techo, fig. 33, se efectúa con soportes que vinculan a las cabriadas con el perfil de unificación superior Para ello se emplean tornillos autorroscantes. Finalmente las paredes exteriores son revocadas con un revestimiento texturado plástico en base a resinas de tipo poliester y elástomeros de alto peso molecular, fig. 34. Conclusión El sistema ha sido empleado con favorable aceptación en casas de nivel medio, en zonas templadas, con detalles de terminación similares a la construcción tradicional. La Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 285 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 286 Fig. 36: Fábrica de paneles Hy-systems. Sudáfrica Fig. 33: Estructura de techo apoyada sobre los paneles Fig. 37: Vivienda mínima. Hy-Systems. Sudáfrica Fig. 34: Revestimiento texturado plástico sobre los paneles Fig. 38: Paneles portantes de madera. Los Repollos. El Bolsón, Río Negro terminación interior de placa de yeso, el exterior de revoque salpicado, el sonido a sólido de sus muros y el techo tradicional favorecen su aceptación cultural. El control de los detalles constructivos y el cumplimiento de las Normas IRAM, garantizarán su durabilidad. Otros sistemas de Paneles Livianos Portantes Fig. 35: Corte de panel portante de núcleo de poliestireno expandido y caras de fibrocemento Para ilustrar sobre la gama de variantes que se han desarrollado, se describirán someramente algunos sistemas. Las figuras 35, 36 y 37 muestran un sistema sudafricano, Hy-Sistems, al que se le otorgó el CAT en nuestro País en 1994, y que se basa en un panel de caras de fi- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 286 Capítulo 13 25/04/2001 8:43 AM Page 287 Fig. 41: Montaje de paneles de S. Putalo-oy. Tierra del Fuego Fig. 39: Cabios del techo. Los Repollos Fig. 40: Colocación de la barrera de vapor en panel de Sistema Putalo-oy. Finlandia brocemento y núcleo de poliestireno expandido de alta densidad, que se obtiene por medio de adhesivos y prensados. El muro obtenido es de buena resistencia mecánica. En las figuras 38 y 39 se observa el sistema del aserradero “Los Repollos”, del Bolsón, Pcia del Chubut, que consiste en un panel que tiene tablas machiembradas en ambas caras fijadas sobre un bastidor de madera. En su interior se incorpora la aislación térmica. Este sistema fue desarrollado por el Ing. Ernesto García Olano. Finalmente en las figs. 40 y 41, se aprecian los paneles del sistema Putalo-oy, de tecnología y componentes finlandeses con los que se construyeron en la década del ‘80, gran número de viviendas en la Isla de Tierra del Fuego con buen suceso. Los paneles basados en maderas tratadas presentan un revestimiento exterior muy durable ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 287 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 289 CAPITULO 14 Sistemas Industrializados “in situ” Introducción L os sistemas “in situ” son los que realizan una parte importante de la obra en el lugar y usan equipos y máquinas en obra gruesa y terminaciones, para reemplazar la mano de obra. Por esto se los incluye dentro de los industrializados. La característica que los define es que las “fábricas” no son fijas y desaparecen cuando termina la obra. Exigen una planificación previa ya que a los requerimientos de la obra en terreno y construcción hay que sumarle los espacios y movimientos que se necesitan para la fabricación de los componentes. Hay algunos sistemas “in situ” que no podrían utilizarse en áreas reducidas o en zonas densas de construcción, ya que el uso de grúas y otras máquinas se encarece debido a las prevenciones y trabajos que se deben realizar. Por lo general, las construcciones cercanas e instalaciones condicionan su utilización. Los sistemas “in situ” lo son por el lugar de fabricación, y no por el peso de los elementos que los componen como hemos estado viendo hasta ahora con los livianos y pesados. Son usados para distintos tipos de obras: viviendas, escuelas, hospitales, industrias, etc. Los materiales dominantes pueden ser: hormigón en sus distintas variantes, acero, aluminio, cerámicos, madera, etc., aclarando que el único límite en el uso de materiales y tecnologías está dado por la imaginación del profesional en el diseño y producción del sistema. Volviendo a la Tabla 3 del Capítulo 2º se observa que en las clasificaciones enumeradas en la mayoría de los casos podría incluirse al sistema “in situ”. Completando la idea: lo que se puede hacer en fábrica y se hace en obra es un producto “in situ”: vivienda, estructura o cerramientos. Estos sistemas, anulan el transporte y favorecen el montaje, disminuyen los plazos de amortización de equipos pero la calidad no es tan controlable como sucede en fábrica, el equipo es más deteriorable y menos durable, el clima afecta más al sistema y a la mano de obra. En general por esto último los plazos se alargan. No se puede hacer una afirmación de su calidad, las circunstancias dependen de muchos factores: técnicos, económicos, climáticos, capacidad del personal, disposición de equipos y otros que definirán su adecuación a cada obra y lugar. Clasificación de los sistemas “in situ” Por lo expuesto antes es difícil hacer un clasificación de todas las tecnologías que podrían emplearse, por lo que hemos optado por hacer un análisis de las que se han usado en la República Argentina, y que se ordenan en el Cuadro Nº 1. 1. Sistemas “in situ” con encofrados Consisten en conformar recintos con superficies encofrantes incluyendo sus armaduras, insertos, cañerías y carpinterías, procediendo luego al colado del hormigón. Fraguado éste quedan los muros y losas vinculados en- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 289 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 290 tre sí y el conjunto es comúnmente la estructura portante de la vivienda, de un gran monolitismo que absorbe los esfuerzos generados por la aplicación de cargas y sobrecargas. Ver Fig. 1. Estos sistemas con encofrado son uno de los de mayor competitividad en la construcción de conjuntos habitacionales y algunos de ellos se encuentran entre los más usados en las operatorias masivas de viviendas sociales a nivel mundial. Ver. Fig. 2. Las superficies encofrantes mayormente son de chapa de acero de 3 a 5 mm, también se usan en menor escala chapas de aluminio con diversas improntas. La estructura del encofrado con travesaños y parantes de ángulos o tubos, transfiere las fuerzas generadas por el peso y el empuje del hormigón volcado. Las tecnologías del hormigón colado en encofrados varían con los materiales dosificados y por la ejecución y confección de los planos resistentes. Cuadro 1 Hormigones convencionales Sistemas "in situ" Con encofrados Hormigones livianos, aireados, con áridos volcánicos y otros. Con elementos prefabricados “in situ” paneles, losas, vigas, columnas, entrepisos, estructuras en HºAº, Hº Aº pretensado, de madera, acero, mampuestos, tableros, etc. Capas de mortero sobre mallas En el primer caso, los materiales pueden agruparse en los de comportamiento conocido por su uso y reglamentos que los regulan, que llamaremos: a) Hormigones convencionales y los otros menos conocidos en sus características básicas pero distintos a los anteriores que conforman un grupo muy numeroso que aumenta día a día, por la permanente investigación y que podemos ejemplificar como, b) Hormigones livianos en su gran variedad, aireados, de cenizas volcánicas, puzolánicos, gaseosos, con agregados de escorias y muchos otros. Para la ejecución de los hormigones, también es amplia la variedad de encofrados ya que depende de: los materiales (pesados o livianos), tipo de obra (hidráulica, vivienda, industrial), movimientos, repetición, etc. Entre los más usados podemos distinguir: 1. Encofrados para tabiques y mesas para las losas. 2. Encofrados trepadores. Fig. 3. 3. Encofrados semi deslizantes y deslizantes. 4. Encofrados túnel. Los segundos y terceros casos se usan en obras industriales, viales, hidráulicas y pocas veces en edificios de viviendas, excepción hecha de tanques, depósitos y conductos para circulaciones. Requieren de una mano de obra calificada que sincronice los movimientos del encofrado, gatos y grúas. El primer caso se aplica en obras singulares, es de madera y no se repite, armándose para una única obra. Finalmente, los encofrados túnel son los más idóneos para edificios de vivienda repetitivos. El manejo de los encofrados, su colocación, los huecos, cierres, pasarelas de trabajo y seguridad y finalmente la rotación, requieren de personal entrenado. Los errores son costosos para corregir por el tiempo que insumen y la posibilidad de accidentes que generan. Dejando de lado el caso 1) ya que es un procedimiento tradicional bien conocido, analizaremos el sistema, Fig. 1: Los muros y las losas rígidamente unidos forman la estructura de hormigón armado Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 2: Conjunto de 600 viviendas en Puerto Rico ejecutadas en 12 meses con encofrado tunel 290 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 291 que es un típico caso de racionalización e industrialización en vivienda. Encofrado túnel para edificios de vivienda Este sistema permite realizar estructuras formadas por muros de carga y losas, de tal manera que el hormigonado de ambos se realice en forma simultánea. Como característica común es que no aparecen vigas o columnas que formen mochetas horizontales o verticales que son causa de demoras para las terminaciones de paredes y entrepisos. Los paneles metálicos tienen una altura generalmente de 0.50 a 3.0 m, en la Fig. 4 se esquematiza el conjunto. Los encofrados con forma de “U” invertida se colocan uno junto a otro y al verter el hormigón en los espacios entre caras verticales y horizontales conforman la estructura. Los marcos de las carpinterías y las cajas de instalaciones e insertos conforman huecos que se fijan fuertemente al encofrado. Las cañerías ligadas a las armaduras quedan embebidas en el hormigón. Fig. 5: Cono de extracción clave Fig. 6: Esquema del desencofrado tipo “U” invertida Primera Fase Segunda Fase Fig. 3: Encofrado trepador zócalos espaldera red de seguridad puntales separadores Fig. 4: Esquema del conjunto de encofrados Para el montaje se parte de zócalos o resaltos, con armadura de cálculo sobre una losa que sirven de referencia y constituyen el inicio de los muros. Al realizar el hormigonado aparecen esfuerzos laterales entre los paneles verticales que son absorbidos por barras de acero (separadores) que se sitúan a tres niveles en altura y que son recuperables por alojarse en un cono de acero que se extrae. Fig. 5. El sistema puede variar pero la absorción del esfuerzo es inevitable ya que de no hacerse habría que incrementar los espesores de las láminas metálicas. Los esfuerzos verticales sobre los paneles horizontales, (los de la losa), se transmiten por puntales a los zócalos. El encofrado tunel se completa con dispositivos de nivelación, ruedas para el desplazamiento y plataformas de trabajo. Existen dos tipos de encofrado túnel: - Los de forma de “U” invertida como único elemento. El esquema de la Fig. 6 muestra una forma usada para el desencofrado, mediante una pieza (clave), otra es usando una articulación “tijera”, Fig. 7. - Los de dos elementos de forma de “L” invertida (semitúnel) que unidos forman el túnel. Figs. 8 y 9. En la Fig. 9 pueden apreciarse los paneles horizontal y vertical, los puntales, las ruedas de desplazamiento, los tornillos de nivelación, el encofrado para zócalos de principio de muro, el lateral de la losa y el panel de fondo para el cierre del túnel. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 291 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 292 Fig. 8: Encofrado “L” invertida, semitúnel Fig. 7: Desencofrado mediante una articulación tijera Panel horizontal Panel vertical Fraguado el hormigón, con los mecanismos del molde se bajan las superficies encofrantes interiores y las ruedas facilitan el desplazamiento hasta el extremo del túnel donde una plataforma permite correrlo para que lo tomen los aparejos que lo llevan a la nueva posición. Los encofrados de “L” invertida son más aptos para obras de viviendas porque resultan más livianos en el movimiento y las longitudes de semitúnel son mucho mayores. Las paredes de los encofrados deben ir protegidas con Encofrado de principio de muro Lateral de losa Hueco en losa Panel de fondo Puntal Columna de apoyo Hueco en muro Tornillo de nivelación Rueda de desplazamiento Fig. 9: Encofrado semitúnel con componentes verticales y horizontales y piezas de desencofrado y desplazamiento Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 292 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 293 una película desencofrante, que se aplica con rociador antes de la colocación de los encofrados. En los hormigones convencionales para poder desencofrar los túneles en doce horas (tiempo que depende mucho de la masa de hormigón a calentar y enfriar y de la temperatura ambiente) se hace necesario acelerar el fraguado inicial del hormigón para alcanzar la resistencia mínima necesaria. Cualquier procedimiento de curado, vapor, aire caliente y estufas que creen una atmósfera de 70°C en el interior de los túneles son suficientes para alcanzarla y lograrlo en mucho menor tiempo. En los muros de fachada de estos sistemas hay que resolver la aislación térmica ya que la resistencia térmica del hormigón estructural es baja. Las soluciones adoptadas para esto van desde: el muro “sandwich” con la aislación incorporada en el proceso de colado, usando capas con aislación que se aplica posteriormente al muro, o en forma tradicional con mampostería. En la Figura 10 se muestran estos casos. El cálculo de esfuerzos y dimensionado de los componentes está determinado en los Reglamentos CIRSOC. Con la prevención respecto a la aislación en las fachadas comentada, el hormigón simple (teóricamente sin refuerzos de acero) para edificios de no más de tres plantas es una solución económica por su poca armadura y aptitud resistente ya que no hay esfuerzos de izado ni de montaje como en los paneles premoldeados. En algunas obras, de PB y un piso alto, con muros de hormigón simple y armaduras mínimas construidas hace ya unos cuantos años, no se observan fisuras u otras fallas de tipo estructural. Las elementos estructurales se calculan y ejecutan de acuerdo a las fórmulas y prescripciones de los reglamentos mencionados. En el caso del hormigón simple, se establecen armaduras y espesores mínimos de acuerdo a la clase de hormigón y la continuidad o no de las losas que en ellos apoyan. Reiteramos que en todos los casos debe existir una armadura mínima y que debe haber en los muros de hormigón simple un encadenado perimetral para los esfuerzos horizontales y la contracción del hormigón. Los esquemas estructurales de las plantas son los que utilizamos en la construcción tradicional. Los arriostramientos para acciones horizontales de viento y sismo son los mismos tabiques y las uniones de losas y tabiques son continuas a lo largo de la junta lo que hace bien definida la situación tensional y en consecuencia la determinación de la armadura resistente. Respecto a los que denominamos b) Hormigones livianos, aireados, con agregados volcánicos y otros, hay sistemas “in situ” que los usan. Hormigón armado Barrera de vapor Ext. Aislante a) Muro sandwich de hormigón y aislante Capa interior (Madera, siding placa de hormigón) Barrera de vapor Ext. Aislante Hormigón armado b) Solución inconveniente. La aislación debería proteger al hormigón portante Hormigón armado Ext. Barrera de vapor Aislante Mampostería c) Solución correcta para zonas templadas Fig. 10: Algunas soluciones para muros de fachada En el Capítulo 6 efectuamos un análisis de los materiales y métodos para prefabricar paneles y losas con ellos cuyas peculiaridades ya analizamos. Lo que varía es la ejecución en obra por lo que deben ajustarse a los requisitos que esta forma constructiva plantea. Reglamentariamente el uso de los hormigones livianos de estructura compacta se rigen por las prescripciones del CIRSOC 201 y 202 y la norma IRAM 1567 de agregados livianos para hormigón estructural. Lógicamente no contemplan éstos la amplia variedad de materiales que ofrece el mercado. No se impide sin embargo trabajar con ellos, el camino a seguir es: Efectuar estudios del material, ensayos y experiencias realizadas, elementos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 293 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 294 verificados, viviendas construidas, reglamentos existentes en otros países, aprobaciones técnicas conseguidas y diseños tecnológicos adecuados de elementos y viviendas. La arcilla expandida tipifica el procedimiento mencionado ya que desde hace más de treinta años se usa en el país con gran aplicación en sistemas constructivos, pero previamente y para cada uso se implementó un sistema que garantizara el cumplimiento de los requisitos que para cada producto (vivienda, aislación, resistencia, etc.) se exigen. Cuando se trabajó con agregados puzolánicos los resultados de su uso fueron disímiles, como al tratar los requisitos de durabilidad se hizo notar. Si se efectuó un estudio previo con ensayos de distintas muestras y canteras, reacciones químicas con otros materiales, dosificaciones adecuadas y otras verificaciones necesarias, no hubo problemas. Por el contrario cuando no se hizo así, el fracaso constructivo del hormigón acompañó a la obra, y al poco tiempo de la finalización, empezaron las reparaciones. Entre los hormigones gaseosos generados con sales de aluminio y arenas finamente molidas, colados en moldes metálicos verticales se producen en altura, zonas de distintas densidades, más densas abajo y menos arriba, variando en consecuencia sus resistencias térmicas y su capacidad aislante. Además la retracción de este hormigón se mostró excesiva. Por este motivo en Europa sólo lo cuelan para la fabricación de paneles en moldes horizontales minimizando este comportamiento. Los hormigones gaseosos de origen europeo se trabajan con tecnologías particulares y en fábrica. Otra variante utilizada con encofrados es el hormigón “no finess”, sin finos, de origen inglés, elaborado sin arena y que conforma una estructura de gruesa porosidad, con la particularidad de no ejercer presiones apreciables contra los encofrados. La experiencia en el país se reduce a la construcción de prototipos. 2. Sistemas “in situ” con elementos prefabricados Una alternativa cada vez más usada en la industrialización y donde las condiciones, principalmente climáticas lo permiten, es la elaboración de elementos prefabricados al pie de obra. Las ventajas que se logran es la eliminación del transporte y el manipuleo de estos elementos siempre sujetos al riesgo de deterioros por golpes, caídas o corte de cables. Consiste en la fabricación de componentes: paneles, vigas y losas en galpones o tinglados próximos al terreno de la obra. El utilaje ya no es el molde completo sino Fig. 11: Moldeo de una losa de 8 x 4 m alivianada con casetones de poliestireno expandido. Sistema PRENOVA Fig. 12: Moldeo de paneles de pared en batería con ladrillos comunes. Sistema PRENOVA parte de él. Figs. 11 y 12. (S.C. PRENOVA). En el sistema de grandes paneles, en muchos casos, las losas de entrepisos y techos desde hace ya tiempo se fabricaban al pie de obra. La colocación del aislante en la parte superior de la losa o la no necesidad del mismo, la escasa cantidad de insertos y sin carpinterías complicadas hacen conveniente este criterio. Hoy en día la obligación de bajar costos para competir, la menor inversión en equipamiento para la producción y montaje ha hecho que los cerramientos verticales también se produzcan en fábricas más pequeñas eliminando el transporte y también su riesgo. El diseño tecnológico de los elementos debe adecuarse a las condiciones de ejecución en obra, a la imposibilidad en muchos casos de tener piezas salientes para uniones entre paneles y losas o con fundaciones. Los perfiles de las carpinterías, y los pases de las instalaciones se ven igualmente condicionados a la producción “in situ”. La producción en batería horizontal de grandes elementos requieren el uso de perfilerías de bordes distintos a los de fábrica y la superposición de los mismos en pilas, debiendo asegurar el fácil despegue entre ellos en el de- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 294 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 295 Fig. 14: Paneles y cabriadas de madera fabricados en obra En la Fig.14 se observa la fabricación del bastidor y tableros de cerramiento en una vivienda de madera individual y de simple diseño. Las cabriadas se elaboraron igualmente en la obra. 3. Sistemas “in situ” con capas de morteros sobre mallas. Fig. 13: Fabricación de placas de HºAº en obra (CIBECO) sencofrado. La separación de las superficies de los elementos ya fraguados se efectúa de distintas maneras recurriendo a films de polietileno, PVC o más eficientemente con aditivos químicos. La construcción “in situ” de pequeñas placas de premoldeados de hormigón puede ser muy conveniente con esta tecnología de producción, ya que no requiere generalmente equipos importantes para su movimiento y colocación definitiva. Ver Fig. 13, S.C. CIBECO. En sistemas constructivos de madera la prefabricación “in situ” de elementos es usada con frecuencia en viviendas individuales, ya que aún cuando los elementos son livianos, el transporte se encarece por el volumen de los mismos. El armado de paneles y cabriadas sólo requiere de herramientas manuales, de poco peso y sierra circular o sinfín pequeña. Las uniones de la madera las provee la industria metalúrgica, desde los clavos hasta cualquier unión imaginada entre componentes. En el mercado, el diseñador la encontrará resuelta en forma segura y económica. A fines del siglo pasado Rabitz y Monier, sobre una red ortogonal de varillas de hierro fijaban metal desplegado y aplicaban sucesivas capas de variados morteros para conformar muros divisorios y exteriores. Nervi en las décadas del ‘50 y ‘60 diseñó con tecnología similar atrevidas estructuras. En 1968, en el Centro Experimental de la Vivienda Económica (CEVE), de la provincia de Córdoba, los Arqs. H. Berretta y H. Massuh, P. Stieffel y E. Latzina, racionalizan paneles de pared y techo y construyen un primer prototipo fabricando los paneles en taller. En 1969 uno de los autores que escriben estas líneas junto con los arquitectos Berreta y Ruiz Martínez, manteniendo las mismas pautas constructivas señaladas y agregando el aislante térmico, desarrollaron el sistema Ferrocemento al que se le otorgó el Certificado de Aptitud Técnica en la Secretaría de Vivienda. En la actualidad con máquinas para fabricar las mallas, conformar los paneles con el aislante colocado y aplicar los morteros, el sistema se ha industrializado mucho y difundido en el mundo con tecnologías norteamericanas y europeas. El objetivo básico es el mismo: obtener un muro con capacidad resistente a acciones verticales y horizontales, resistencia térmica y acústica y durabilidad suficiente. Las ventajas del sistema son: liviandad de los componentes para el transporte, uniones simples, fácil eliminación de puentes térmicos, viviendas livianas aptas para zonas sísmicas, flexibilidad para el diseño, adecuada re- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 295 Capítulo 14 25/04/2001 8:47 AM Page 296 sistencia estructural de muros y techos, elementos ensayados favorables y la existencia de muchas viviendas de durabilidad comprobada. Como inconvenientes no insalvables: el uso correcto de mezclas en el diseño del muro (los morteros muy ricos en ligantes originan fisuraciones), consumos altos de morteros por máquinas de aplicación inadecuadas, mano de obra experimentada en la colocación de morteros (plomo, línea, espesores constantes), condicionamiento climático en zonas de fuertes vientos y temperaturas extremas, etc ✘ Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 296 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 297 CAPITULO 15 Sistemas “in situ” desarrollados en la República Argentina FERROCEMENTO (Arqs. H. Berreta - F. Ruiz Martínez - Ing. H. Mac Donnell y Centro Experimental de la Vivienda Económica, CEVE de Córdoba, 1969). (Fig. 1). Descripción E l sistema está constituido por grandes armaduras metálicas, hechas en taller (obra seca), que contienen placas aislantes de poliestireno expandido y llevan incorporadas los marcos de carpintería metálica, cañerías y accesorios de las instalaciones. Ver Fig. 2. Cada armadura es una parte de pared o techo que se une por soldadura en obra para ser revocadas posteriormente con mantos de concreto (obra húmeda) que finalmente conforman la obra gruesa y algunas terminaciones de la vivienda. Elementos del sistema Fig. 1: Sistema Ferrocemento. Ocho viviendas en Talar de Pacheco Paredes y techo Son armaduras integradas por vigas de celosía de 2 ø 8 mm y escalerilla de ø 4.2 mm, colocadas cada metro en los muros y cada 0.50 m en los techos, perpendicularmente al plano de las superficies de muro y techo. A ambos lados de las vigas se sueldan mallas electrosoldadas de 0.15 x 0.15 m y diámetro ø 4.2 mm. La separación entre mallas es de 0.068 m y entre ellas se colocan placas de poliestireno expandido de 0.025 m de espesor (Fig. 3). Unidas a las vigas de celosía o a las mallas, se colocan los marcos de carpinterías, cañerías y cajas. Para el caso del techo también se reemplaza la malla inferior por metal desplegado y la superior con bovedillas o se forma un ático ventilado con una cubierta Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 2: Paneles fijados por soldadura en espera de los mantos de mortero 297 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 298 2 1 3 4 3,5 2,5 9,5 3,5 1 1. Mortero 2. Malla electrosoldada φ 4,2 mm c/ 15 x 15 cm 3. Escalerilla 2 φ 8 mm y estribos de 4,2 mm 4. Poliestireno expandido 5 5. Refuerzos 2 φ 8 mm 2 3 4 5 6 1. Chapa de la cubierta 2. Perfil guía de borde 3. Malla electrosoldada 4. Metal desplegado 5. Lana de vidrio 6. Revoque a la cal o yeso 1 2 3 Fig. 5: Unión de panel a la chapa del techo 5 5 Fig. 3: Tramo de panel Fig. 6: “Pulpo” eléctrico en pared y techo 1. Escalerilla ø 8 mm 2. Malla electrosoldada ø 4,2 mm (15 x 15 cm) 3. Estribos de 4,2 mm 4. Soldaduras c/ 40 cm 3 de chapa galvanizada conformada y autoportante. En este caso las barras de las vigas de celosía deben ser dimensionadas por cálculo. En forma similar se arma el panel sanitario con caños de hierro galvanizado. Para la instalación eléctrica se conforma el “pulpo eléctrico” con caños plásticos flexibles (Fig. 4). Antes de revocar se prueba la instalación. 4 Montaje 1 2 Fig. 4: Unión lateral Los elementos descriptos elaborados se trasladan a obra y por soldadura se unen entre sí con las barras de anclaje de la fundación, y la platea de HºAº, ya efectuada. Fig. 5. Ubicadas las paredes en su lugar definitivo se sueldan los perfiles metálicos y guías de borde, en las armaduras de frente y contrafrente. Apoyada en los paneles laterales se suelda la viga metálica cumbrera. Los perfiles de borde y la cumbrera reciben las chapas conformadas autoportantes. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 298 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 299 sadores soldados inclinados entre mallas creando una estructura nueva para la repartición de esfuerzos en las capas de morteros. Las máquinas revocadoras son más aptas hoy en día y consecuentemente más económicas. 1 2 3 4 Vivienda SEMILLA Centro Experimental de la Vivienda Económica (CEVE) de Córdoba. Fig. 8. 5 7 6 Descripción 8 9 10 Referencias 1. Revoques esp. 3,5 cm 2. Refuerzos ø 8 mm 3. Malla electrosoldada 4. Telgopor 25 mm 5. Anclajes 2 ø 8 mm 6. Zócalo 7. Piso 8. Contrapiso 9. Platea de hormigón 10. Terreno natural Fig. 7: Anclaje entre panel y fundación En la totalidad de las armaduras metálicas y sobre ambas caras se aplican las capas de mortero de cemento y arena 1:3 que cubren las barras de las mallas. Alcanzados los espesores de 2.5 cm en las capas se termina con un mortero de cal hasta llegar a los 3.5 cm de espesor total para cada capa. En ensayos realizados con la Norma ASTM C-236 la transmitancia térmica de un muro de pared era K = 1.12 Kcal/m2h + 10% y sin condensaciones para las zonas templadas y cálidas. Este sistema siguió desarrollándose en el Centro Experimental de la Vivienda Económica (CEVE) de Córdoba, con la Dirección del Arquitecto Horacio Berreta, patentado bajo el Nº 218692, compartiendo la titularidad con los Arqs. Massuh, D. Pipa y G. Bosio, el mismo continúa en uso. La bondad del sistema está demostrada por la durabilidad de las viviendas construidas, pudiéndose comprobar luego de más de treinta años de uso. También demostró la adaptabilidad a obras masivas por su calidad y precios, dudas que existían durante el desarrollo de sus componentes. Los inconvenientes que se podrían señalar son los expresados anteriormente y en forma general a esta metodología de construcción. Hay que agregar que la tecnología sobre el mismo principio, lleva a reemplazar las escalerillas mediante los pa- Son edificios de planta baja que se construyen con placas de cerámicos armados y ventanas de hormigón que se anclan a las fundaciones. En su parte superior se abulonan a una viga metálica, “collar” que recibe las vigas y correas del techo. La aislación térmica está prevista y la cubierta es de chapas metálicas onduladas. Las terminaciones son las tradicionales y las instalaciones se resuelven en paneles o módulos sanitarios, bloque cloacal y para la electricidad se usan los conocidos “pulpos eléctricos”. La ejecución de la vivienda se efectúa progresivamente en tres etapas bien definidas. Con los componentes ya fabricados en obra o en taller comienza la primera etapa que consiste en el montaje en seco de las placas, vigas reticuladas, puertas y ventanas y techo de chapa. La segunda etapa es la del montaje húmedo con el tomado de juntas entre placas y la realización de los nervios horizontales inferiores que aseguran la estabilidad estructural. Con estas etapas completas el futuro usuario tiene la posibilidad de ingresar a la vivienda con seguridad estructural e instalaciones a un bajo costo y en tiempos reducidos, objetivo básico del proceso. La planta básica tiene como muros interiores sólo los que limitan la superficie del baño ubicado en un ángulo de la misma. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 8: Viviendas terminadas en primera y segunda etapa 299 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 300 Luego, comienza la tercera etapa a cargo del usuario quien decide cuándo y cómo hacerla, comprendiendo tareas tales como revestimientos, aislaciones, cielorrasos y otros. Elementos del sistema La vivienda se construye sobre una plataforma de hormigón armado de 0.04 m de espesor enmarcada en una vereda de HºAº de 0.65 x 0.12 m que contiene una viga de 0.20 x 0.08 m con 4 ø 8 y estribos ø 4.2 cada 0.20 m. En la viga se han previsto anclajes para la sujeción de los paneles, ver Fig. 9. Placas para muros y tabiques Las placas son de cerámica armada de 2.40 m de alto por 0.43 m de ancho y 0.035/0.055 m de espesor según el ladrillo utilizado y un peso total de 45 a 50 kg. Están armadas con 1 ø 4.2 mm como armadura entre ellas (Fig. 10). Se vinculan a una estructura reticulada de vigas que rigidizan el plano superior contra las acciones 1,15 m 1,15 m 1,15 m 1,15 m Fig. 11: Fabricación de placas de cerámica armada en el Sistema Semilla. CEVE 1,15 m 0.12 m 1 0.14 m 2 6,11 m A 3 Detalle de un gancho de sujeción 4 0.20 m B 0.08 m 6,11 m Detalle de la viga perimetral 0.50 m 0.12 m 4 0.80 m 0.45 m 6 7 1 2 Detalle de vereda 1.77 m 0.85 m 3.05 m Referencias Planta Sección A-B Puerta 5 4 3 2 1 1. Vereda perimetral 2. Viga de encadenado inferior 3. Plataforma hormigón 1:3:3 4. Ganchos de sujeción 5. Terreno natural 6. Trinchera sanitaria 7. Conexión cloacal bajo viga Fig. 9: Planta de la platea de fundación de hormigón armado. Sistema SEMILLA Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 300 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 301 cubierta de chapa lisa perfil normal L 1" Planchuela perfil normal L 1" viga reticulada o.43 Bovedilla 1.55 m Nervio de encofrado 1.55 m 1.55 m 1.55 m Vista de cabriada 6.20 m viga 1- perímetro Hierro ø 4,2 mm 2.40 / 2.36 Nervio de encofrado 6.20 m Hierro ø 4,2 mm tensor viga 3 - correa viga 2 - tímpano Placa de bovedilla viga baño viga baño Corte transversal viga 2 - tímpano Planta Hierro ø 4,2 mm plataforma de hormigón Fig. 13: Planta de la estructura Elevación Fig. 10: Planta y corte de la placa de cerámica armada de viento y sismo y en la parte inferior con los anclajes de la fundación. Las placas y ventanas se fabrican en la actualidad en taller, pero pueden hacerse en obra, como se hacían en el sistema BENO (también desarrollado en el CEVE), antecedente inmediato del semilla. Fig. 11. 6,20 m .15 m .15 m Estructura metálica de vigas reticuladas Vista superior y lateral Está compuesta por vigas perimetrales, vigas tímpano, correas y tensores calculadas para las acciones reglamentarias gravitatorias, de viento y sismo. Estas vigas se unen mediante soldadura. En la Fig. 12 se muestran detalles de la viga perimetral y en la Fig. 13 una planta típica de estos elementos. Fe Ø 8 Fe Ø 10 Fe Ø 8 Fe Ø 6 Fe Ø 8 Fe Ø 10 Sección Axonométrica 12 5 150 mm 50 mm Uniones entre elementos Fe Ø 6 Fe Ø 8 m m Detalle del cabezal Fig. 12: Viga perimetral. Sistema Semilla, CEVE La Fig. 14 muestra algunas de las uniones más frecuentes en el sistema. Montaje de la vivienda Formando un diedro en las cuatro esquinas con las placas, apuntaladas y aplomadas se apoya la estructura me- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 301 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 302 10 cm 14 cm Unión entre placas del tramo Cordón inferior de la viga perimetral Planchuela de 3mm y gancho de fijación Placa Unión entre placa y ventana Cordón inferior de la viga perimetral Planchuela de 3 mm y gancho de fijación Fig. 16: Placas de muro del baño abulonadas a la viga superior. Sistema Semilla. CEVE Placa Unión en esquina Molde de chapa doblada para llenado de columna Columna llenada con mortero 1:3:3 + grancilla 1-3 Placa Unión entre placas y viga Fig. 14: Diferentes tipos de uniones. Sistema Semilla. CEVE Fig. 17: Colocando una ventana. Sistema Semilla. CEVE Fig. 15: Comienzo del montaje de una vivienda. Sistema Semilla. CEVE tálica de vigas de borde, tímpanos, correas y tensores arriostrantes (Fig. 15). Materializadas las uniones entre placas y elementos metálicos, previa verificación de la escuadría mediante los tensores se comienza la colocación del resto de las placas exteriores. Esto se ejecuta con los ganchos galvanizados, planchuelas, arandelas reforzadas y otros elementos. Terminado el cerramiento vertical exterior puede iniciarse el techado con las chapas galvanizadas. Se perforan las chapas en correspondencia con la posición de las vigas y se sujetan mediante los ganchos con arandelas de neoprene y plomo. Resta la colocación de las placas del muro del baño abu- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 302 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 303 lonadas a la viga superior Fig. 16 y la materialización del tabique sanitario y el block cloacal que llegan prearmados a la obra. Sigue la colocación de ventanas y puertas (Fig. 17). Posteriormente se procede al tomado de las juntas en cada unión de placas y el llenado de los nervios en las esquinas previa colocación de la armadura y usando un pequeño encofrado metálico que se apoya en los nervios. Por último se cuela el hormigón en el cordón inferior reforzándolo con una varilla ø 8 que vincula los anclajes de la fundación fijándola con ataduras de alambre. La terminación con pintura es la tradicional en la construcción. a un Fig. 18: Conjunto de viviendas con el sistema PlastBau en Río Grande Conclusión El sistema constructivo Semilla es un caso atípico de construcción industrializada, ya que parte importante de la obra queda a cargo del usuario, pero el conjunto de la obra completa es la que comentaremos. Obviaremos el análisis técnico del sistema, ya que sus componentes han sido probados en numerosas construcciones del CEVE y están formados con materiales conocidos como el ladrillo o bovedillas, hormigón y acero. Las fundaciones no comunes podemos suponer que debido a cargas gravitatorias bajas y de viento y sismo no importantes no tienen problemas de seguridad. De cualquier forma es un tema que debe analizarse con cuidado debido a la variedad de suelos que se presentan en el país. Existiendo la comprobación de no haber inconvenientes en las viviendas ya construidas, la durabilidad estaría cubierta. Pensamos que es el fin el que avala este tipo de desarrollo. Llegar a un sector social sin financiación privada y muy poca pública, y darle en corto plazo una “semilla” de vivienda a bajo costo, motiva al usuario a terminarla pero ya con un techo para su familia. La vivienda una vez terminada puede ser una “vivienda digna”. Es factible en el sistema industrializar más su producción para el caso de operatorias masivas. Fig. 19: Armado de fachadas con PlastBau en encofrados túneles Sistema Constructivo PLASTBAU núcleo de poliestireno expandido. Las máquinas para prefabricar estos elementos son sencillas y de buena productividad. Cualquier proyecto de vivienda puede resolverse, es un sistema con una gran flexibilidad de diseño (Fig. 18). Los paneles livianos abaratan el costo del transporte a obra y también su colocación, sin requerir equipos pesados para su movimiento. Colocados los morteros, el conjunto de paredes y entrepisos obtenido es de una gran resistencia estructural, liviano y de excelente aislación térmica, lo que lo hace apto para todas las zonas sísmicas y bioambientales del país. Este método constructivo es también apto para ser empleado como cerramiento en fachadas de encofrados túnel. Fig. 19. DYCASA - DRAGADOS Y CONSTRUCCIONES ARGENTINA S.A. Elementos del sistema Descripción El sistema PlastBau forma parte de una familia de procedimientos constructivos desarrollados en los Estados Unidos y desde la década del ochenta difundidos en Inglaterra, Francia, Alemania, Australia, Italia y Suiza. El fundamento básico es el que definimos como capas de morteros aplicadas sobre mallas electrosoldadas, unidas Paneles compuestos por planchas de poliestireno expandido de 7/10 cm de espesor y 12-15 kg/m3 de densidad y dos mallas de ø 3 mm / 100 mm que se unen entre sí mediante conectores de acero galvanizado ø 3 mm que atraviesan el poliestireno y se sueldan a ellas, ver Fig. 20. Los paneles de 1,20 m de ancho se arman en fábrica con la máquina que se ve en Fig. 21. La altura de los paneles es igual a la altura entre plantas y Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 303 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 304 Panel PlastBau B 2 3 Altura variable 1 A la unión entre ellos se realiza en obra por superposición de las mallas contiguas. Si fuera necesario el panel sale con la barrera de vapor incorporada (pintura asfáltica). El tercer elemento integrante del panel son las dos capas de “microhormigón” de 3 cm de espesor cada una. El microhormigón es una denominación adoptada para un mortero con arena de un tamaño máximo fijado, de calidad controlada y que durante el estudio del material fue sometido a distintos ensayos que permitieran asegurar su capacidad como elemento estructural. Para techos y entrepisos se utilizan variantes del panel de muro o forjados prefabricados compatibles con los muros, es decir con las dos capas como apoyo. Tipología constructiva 1. Poliestireno expandido 2. Malla metálica 100.100.3.3 3. Conector galvanizado Sección B 1.20 0.94 0.10 0.10 0.10 Sección A Fig. 20: Composición de paneles del sistema PlastBau Los paneles PlastBau se usan: a) Para edificios de hasta dos plantas (sin estructura independiente). b) Como cerramiento de fachadas. c) Para divisiones interiores. También se adaptan para obras de pequeño y mediano volumen ya sean de vivienda, escuelas, hospitales y obras industriales. Ensayos realizados En España y en Argentina se realizaron gran cantidad de ensayos con resultados satisfactorios para los requerimientos de una vivienda. Entre otros pueden mencionarse: compresión, flexión, impacto duro y blando, durabilidad de mallas, de flexión de paneles y forjados, cargas excéntricas, de aislamientos y acústico, etc. La transmitancia térmica del muro PlastBau con aislante de espesor 7 cm es: K = 0.47 W/m2 °C (s/N.Iram 11601) Montaje La fundación requiere una zapata corrida con una viga de encadenado que deje varillas de 6 mm en espera ca- Fig. 21: Fabricación de paneles. Vista de la máquina de soldar. Las cajas numeradas tienen los conectores que se inyectan en el poliestireno por sistemas neumáticos Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 22a: Apuntalamiento de los paneles asegurando su alineación y verticalidad 304 Capítulo 15 25/04/2001 8:58 AM Page 305 Fig. 22b: Alineado y aplomado de paneles. Sistema PlastBau Fig. 24: Proyección de microhormigón Fig. 23a: Apertura de canaletas mediante aire caliente Fig. 23b: Instalaciones de electricidad y sanitarias da 30/50 cm para vincular los paneles. Las paredes externas e internas se montan con los elementos de apuntalamiento y aplomado tradicional. Fig. 22a y 22b. Sigue el montaje con la colocación de carpinterías especialmente diseñadas para evitar condensaciones por puentes térmicos. Se procede simultáneamente a la colocación de la cañería y accesorios de las instalaciones. Fig. 23a y 23b. Comienza entonces la proyección mecánica o manual del “microhormigón” en capas hasta alcanzar los 3 cm de espesor en cada cara (Fig. 24). Una vez fraguado el mortero quedan conformadas dos láminas resistentes estructurales. Por esto las especificaciones de dosificaciones, espesores y formas de proyección son estrictas. La granulometría de la arena es importante ya que no sólo afecta la resistencia del mortero sino que puede dificultar el bombeo del material. Las capas de mortero se aplican en dos veces y ya colocado es muy sensible a las temperaturas extremas de frío y calor. El viento fuerte afecta el fraguado y también la limpieza del mortero. La terminación de la superficie se hace con revestimientos o pinturas adecuadas. Las Figs. 25 y 26 muestran detalles constructivos de algunos encuentros de elementos. En la aplicación del sistema no se han presentado inconvenientes que afecten a la calidad de la obra. Los paneles producidos por la máquina se ajustan al diseño de los mismos y los conectores soldados entre las mallas materializan la estructura metálica rígida buscada. En los paneles no se notan deterioros en el aislante. El mortero aplicado se ajusta también a lo previsto y se realizan controles en su producción. Como dijimos antes, la mano de obra juega un papel importante en el aplomado, línea y terminación de las capas de morteros y hace la diferencia que se aprecia a veces en distintas obras de la misma empresa. Para evitar el desperdicio del mortero además de la mano de obra, influye el funcionamiento de la máquina revocadora pa- Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 305 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 306 150 mm 150 mm 4 150 mm 150 mm 2 3 3 150 mm 5 150 mm 1 5 150 mm 2 150 mm 3 Referencias Encuentros entre muros 1. Poliestireno expandido 2 . Malla metálica 100.100.3.3 3. Armadura de unión ø 3/100 4. Muro 5. Cubierta con malla según cálculo 2 Encuentros entre losas y muros Fig. 25 y 26: Detalles de distintos tipos de encuentros en el sistema PlastBau ra que no se produzca un impacto violento del material contra la superficie del poliestireno y caiga al piso. En alguna obra visitada en España pudimos apreciar este inconveniente. El espesor de 7 ó 10 cm del aislante y la prevención de evitar puentes térmicos aseguran un correcto funcionamiento higrotérmico. Las terminaciones superficiales son de revoque fino a la cal, distintos enlucidos, salpicados cementicios, revestimientos plásticos, etc. Sistema Constructivo PentaWall Descripción Está basado en el uso de paneles formados por dos mallas de acero electrosoldadas de alta resistencia, unidas por tensores de alambre galvanizado y una placa de poliestireno expandido (EPS) entre las mallas. Sobre una platea o vigas de fundación se montan los paneles a través de las barras de anclajes y entre sí con mallas de unión dando continuidad al acero. Se colocan las cañerías y marcos de carpintería. Proyectado el conjunto con el mortero, queda conformada una estructura monolítica apta para absorber esfuerzos verticales y horizontales. Las instalaciones y terminaciones de muros, piso y techo son las tradicionales. La planta de producción está instalada en Pilar, Pcia. de Buenos Aires y cuenta con el equipamiento y asistencia técnica de EVG de Austria. Si bien no podemos hablar de un sistema de desarrollo nacional, cuenta con una fábrica en el país, y creemos que representa una ampliación de lo ya conocido en nuestro medio. Puede ser empleado en cualquier tipo de edificios y cuenta con el Certificado de Aptitud Técnica (CAT) otorgado por la S.S. de Vivienda para PB y cuatro pisos altos. La Fig. 27 muestra una vivienda con el sistema. Elementos del sistema Los paneles “standard” de muros son de 1.20 m de ancho por 2.70 m de alto con espesores de poliestireno expandido de 50 mm y 100 mm; la cuadrícula de la malla es de 50 x 50 mm y el espesor de las barras es de 3 mm. En el caso de losas, la cuadrícula y el diámetro de las barras se mantienen pero el espesor del poliestireno es de 100 mm y la altura de los paneles es de 3.20 m. Los conectores entre mallas, “cross-wires”, son en ambos casos de ø 3.8 mm. Fig. 27: Vivienda construida con el Sistema PentaWall Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 306 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 307 marco de la carpintería 12 / 18 malla MU 2 / MU 1 (según corresponda) Poliestireno expandido removido para amure de las grapas del marco Fig. 28: Corte de un panel PentaWall Fig. 31: Detalle de fijación de carpinterías (jambas) malla ML1 malla ML2 Barras ø 10 mm Material epoxi Aislación hidrófuga Fig. 29: Detalle de encuentro de esquina. Sistema PentaWall 12 / 18 Mallas según cálculo malla MI 1 malla ML2 12 / 18 Fig. 32: Detalle de unión de muros a la fundación (corte) malla ML2 Fig. 30: Encuentro de muro exterior con tabique interior Las vinculaciones entre mallas son para muros de 100 por m2 y para losas de 200 por m2. Para las uniones de los componentes se usan cortes de mallas que han sido normalizadas y se entregan con los paneles metálicos. En la Fig. 28 se observa una axonométrica de un muro completo con el mortero aplicado. Se suministran tablas para ayuda en el diseño con las características técnicas de los paneles y de las mallas de unión. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 307 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 308 Mortero resistente El mortero de las capas es 1:3, cemento-arena, en espesores de 3.5 cm y podría agregarse en la capa exterior un aditivo hidrófugo. Una dosificación tipo para una vivienda de una planta podría ser: Agregado (0 a 5 mm): 1700 - 1750 Kg Cemento: 300 - 350 Kg Agua: 150 Kg Peso total: 2200 Kg La relación agua-cemento adquiere importancia por su influencia en la resistencia del mortero. De acuerdo con las acciones a soportar se dimensionan los muros y losas a compresión y flexión, con coeficientes de reducción por la existencia del poliestireno expandido. Para el corte se limita la capacidad portante por el pandeo de los alambres transversales. Trabajos realizados en la Universidad Técnica de Graz, en Austria en 1985 y en las instalaciones de Insteel en Brunswick de EE.UU. en 1990 verificaron que el PentaWall puede ser diseñado con los procedimientos tradicionales de cálculo que se aplican al hormigón armado. En los entrepisos y techos del sistema la capa de compresión no debe ser inferior a 5 cm. Es posible el uso de losas comunes de HºAº para concretarlos. La aislación térmica para dos capas de concreto de espesor e=0.035 m y l=1.16 W/m°C y poliestireno expandido de espesores 50 y 100 mm con l = 0.037 W/m°C las transmitancias térmicas son: Muro con aislante de 50 mm (M50): K = 0.63 W/m2 °C Muro con aislante de 100 mm (M100): K = 0.34 W/m2 °C Fig. 33: Colocación de paneles entre los anclajes de la base Fig. 34: Colocación de paneles de cubierta Fabricación Detalles constructivos. En la Fig. 29 se observa un encuentro entre paneles de esquina. La Fig. 30 muestra la unión del muro exterior con uno interior. En la Fig. 31 se detalla la fijación de un marco de carpintería. Montaje Las fundaciones usuales de plateas y zapatas corridas se utilizan en el sistema, con la precaución de dejar barras a trebolillo en espera de 10 mm para la unión con los paneles cada 50/60 cm. Se usa igualmente una vez fraguada la fundación hacer perforaciones, rellenarlas con epoxi y colocar las barras de anclaje. Fig. 32. La longitud y anclaje de las barras se obtienen del cálculo estructural. Replanteada la ubicación de los muros y los vanos, se ubican los anclajes entre la capa de poliestireno y la malla. Fig. 33. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Fig. 35: Vano de ventana 308 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 309 Se procede a la aplicación de los morteros de muros comenzando por el sector exterior del edificio (Fig. 36). Se usa la máquina elegida para la proyección: revocadoras o para proyección en pequeñas obras (Hopper gun). También se hace directamente en forma manual. La capa de compresión en losas debe ser de hormigón y no inferior a 5 cm y se ejecuta después de 2 días de fraguados los morteros de los muros. La Fig. 37 muestra el revoque del cielorraso y las cañerías eléctricas. Terminaciones Fig. 36: Aplicación de mortero en el exterior Son las mismas que se usan en la construcción tradicional. El sistema PentaWall es de reciente aplicación en el país no pudiendo por eso hablar de la experiencia todavía. Técnicamente no hay objeción que formular, el diseño original europeo es correcto en la parte estructural y térmica, ya que proviene de un país con temperaturas de invierno muy bajas. En tal sentido deben cuidarse los requisitos higrotérmicos cuando se adopten técnicas constructivas comunes en nuestro país, con las mayores poblaciones en zonas templadas, por el peligro de la aparición de puentes térmicos tan olvidados o desconocidos por muchos profesionales del diseño. Las máquinas para la fabricación de los paneles y el proyectado del mortero son adecuadas y eficientes. Sistema PRENOVA Descripción Fig. 37: Carga del cielorraso y cañerías eléctricas Se comienza con el montaje de los paneles por las esquinas. Usando los cortes de mallas mencionados se solapan sobre éstas con alambre o herramienta neumática. Se marcan las aberturas de puertas y ventanas, en la misma forma se procede con las cajas y se marcan las cañerías. Este paso se puede realizar también haciendo antes los cortes y colocación de marcos como se hace en la mampostería tradicional; requiere mayor cuidado para evitar movimientos de ángulos. Se colocan los paneles de cubiertas y entrepisos (Fig. 34) respetando los encuentros con los muros y las pendientes de techo. Se apuntalan con travesaños o vigas los paneles colocados. Si no se hizo antes, se procede a los cortes de aberturas y colocación de marcos y cañerías. Fig. 35. Es un sistema de producción “in situ” de los componentes de una vivienda: paneles exteriores e interiores portantes o no y losas de entrepiso o techo. La elaboración de estos elementos se realiza por superposición; fraguado un elemento sirve de fondo de molde para el siguiente, con bordes laterales metálicos, (moldeado en batería horizontal). En las figs. 11 y 12 de este Capítulo se muestran las baterías para la producción de losas y paneles. El sistema emplea materiales tradicionales y se usa en viviendas individuales o edificios en altura, escuelas, Fig. 38, hospitales, plantas industriales, etc. La empresa suministra la ingeniería completa de la obra incluidos los planos de moldes, asesoramiento para la producción “in situ”, planta de fabricación, entrenamiento y capacitación del personal, montaje de elementos y manual operativo. Descripción del proceso Comienza el proceso realizando el diseño y la ingeniería de obra, se dimensionan los elementos del sistema de acuerdo con los reglamentos estructurales CIRSOC y Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 309 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 310 Fig. 38: Escuela en Ituzaingó Fig. 40: Izaje de un panel elaborado en batería Fig. 39: Construcción de viviendas con paneles y losas fabricados “in situ”. Sistema Prenova las aislaciones cumpliendo las normas IRAM higrotérmicas. A través de maquetas de los componentes se simula el montaje en obra. En una platea perfectamente nivelada y alisada se moldean las distintas losas y paredes por superposición, en batería, separándolas y evitando el pegado entre ellas con aditivos adecuados. Fig. 39. Para el montaje y anclaje de plateas, paredes y losas entre sí, se colocan insertos metálicos en estos elementos que se unen después mediante soldaduras. Para el izaje se prevén anclajes con tuercas. Con el uso de una grúa se levantan los paneles de muros soldándolos a la platea y entre sí en su parte inferior, media y superior. Posteriormente, se apoyan las losas y se sueldan a los insertos metálicos dejados en los muros. Describiremos algunos de los elementos más utilizados por la empresa: Losas Tiene una losa sanitaria con orificios para conectar los artefactos a los caños embutidos en ella. Para la instalación eléctrica se prevén cajas de anclaje en la parte superior para vincular los caños y cables. La luz máxima entre apoyos y sin vigas es de 9.00 m y el ancho para este caso es de 5.00 m. Utilizan losas nervuradas con relleno de poliestireno expandido. Las armaduras de las losas normalmente son mallas electrosol- Fig. 42: Cien viviendas en Bragado. Sistema Prenova dadas, para algunos casos se colocan mallas arriba y abajo para reforzar la compresión o prever esfuerzos elevados. Paredes Un panel usual en el sistema consta de una capa de hormigón de arcilla expandida de espesor de 4 a 9 cm, un aislante de poliestireno expandido de 3 cm y otra capa de hormigón no portante que cuelga de la interior a través de una armadura en zig zag cada metro. Los paneles pueden ser ciegos o con carpintería incorporada, además de las cañerías de instalaciones. Los paneles interiores se hacen con hormigón de arcilla expandida o de ladrillos huecos o macizos. Aislaciones Se ajustan a las disposiciones de las Normas IRAM y se usa el aislante más apropiado, lana de vidrio, poliestireno, hormigones livianos, etc. Terminaciones Revoques comunes, llaneados o revestimientos de ladrillo, piedra, plásticos y otros. En las Figs. 40, 41 y 42 se aprecian algunas partes del proceso y obras ejecutadas con el sistema. Las Figs. 43, Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 310 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 311 Fig. 41: Escuela en Ituzaingó, patio cubierto con estructura de techo metálico. Sistema Prenova 55 25 40 mm mm mm 1 2 3 1 2 55 mm 25 mm 40 mm 3 4 4 5 6 7 5 6 Referencias 4 1. Teja cumbrera 2. Grout 3. Membrana 4 mm 4. Revoque color 5. Tuerca de izaje 6. Fe ø 12 mm Referencias 1. Zig-zag Fe 6 c/metro 2. Revoque de color ladrillo incorporado texturado de 1 cm 3. Barrera de vapor 4. Poliestireno expandido 5. Perfil normal UPN 6. Grout 7. Planchuela de 6 mm Fig. 43: Encuentro entre el muro exterior y la fundación Fig. 44: Encuentro de las losas del techo. Sistema Prenova 44 y 45 muestran algunos detalles constructivos de componentes del sistema. Conclusiones El sistema utiliza distintos materiales tradicionales y tecnologías variadas, siguiendo una premisa para cada Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 311 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 312 120 mm 1 2 3 4 25 mm 5 35 mm 6 7 obra: Los materiales y procedimientos constructivos que se utilicen serán los más eficientes para el proyecto a resolver. Se emplean variedades muy amplias de tecnologías sin encasillarse en una determinada, aparecen así mamposterías, hormigones, estructuras metálicas, grandes paneles de hormigón, etc. También se adaptan a los requerimientos funcionales o técnicos de los comitentes. Es un criterio válido en la construcción industrializada, ya que no limita su accionar. Como sistema “in situ” posee las ventajas y desventajas señaladas al principio. Analizar los requisitos a cumplir, las épocas climáticas, el terreno de la obra, el transporte, calidad de la mano de obra y otros, pero fundamentalmente la calidad, el costo y los plazos que se logran, decidirán la elección tecnológica “in situ” ante cada proyecto ✘ 120 mm 8 9 10 Referencias 1. Revoque 2. Ladrillo hueco 3. Zócalo 4. Piso cerámico 5. Carpeta de asiento 6. Fe φ 8 7. Grout 8. Planchuela 6 mm 9. UPN 8 10. Nervio de H° A° con 1 m de Leca (arcilla expandida) Fig. 45: Encuentro de muros interiores con el contrapiso Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell 312 Capítulo 15 25/04/2001 8:59 AM Page 313 Bibliografía utilizada en el MANUAL DE CONSTRUCCION DE VIVIENDAS INDUSTRIALIZADAS 1. Proyecto de Edificios Industrializados. Ing. Bohdan Lewicki. 23. Saber Construir. Gerard Blachére. 2. Manual de Productos. Master Builders Technologies. 24. Una Visión de la Construcción Industrializada. Richard Bender. 3. L’Isolation Thermique. Michel Frenot - Nabih Sawaya. 25. Prefabricación en Viviendas. K. Berndt. 4. Healty Buildings’ 88. Swedish Council for Building Research. 26. Manual de la Construcción Prefabricada. Dr. Ing. Tihamer Koncz. 5. Gypsum Construction Handbook. United States Gypsum Company. 27. Guías para el Uso de Concreto Prefabricado en Edificios. Sociedad del Concreto de Nueva Zelandia. 6. La Edificación y su Patología. Inst. Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento. 28. Manual de Planificación y Diseño con Estructuras Prefabricadas. Fédération Internationale de la Precontrainte (FIP). 7. Informes de la Construcción. Inst. Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento. 8. Better Buildings. CMHC - CANMET. Canadá. 29. Construir con Células Tridimensionales. Steffen Huth. 9. Timber Structures and Fire. Swedish Council for Building Research. 30. Wood Frame House Construction. National Association of Home Builders. 10. Estructura Tradicional y Prefabricada en Hormigón. S. Pereswiet - Soltan. 31. Las Tecnologías de la Industrialización de los Edificios de Vivienda. Alfonso del Aguila García. 11. Rivista de la Prefabricazione e Industrializzazione dell´Edilizia. 32. La Construcción con Grandes Elementos Prefabricados. R. Von Halasz y G. Tantow. 12. Methode de Qualitel. France. 33. La Prefabricación. Walter Röhm. 13. Monografías del Instituto E. Torroja de la Construcción y del Cemento. 34. Manual del Aislamiento. ISOVER. 14. Reglamentos del CIRSOC (Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles). 36. La Humedad en la Construcción. R. T. Gratwick. 35. Patología de la Construcción. Friedrich Eichler. 37. Humedad y Temperatura en los Edificios. Maurice Croiset. 15. Normas IRAM. Instituto Argentino de Normalización. 16. Building Thermal Performance. M. D. Syberg. 17. Cooling and Heating. Load Calculation Manual. Faye Mc Quiston. Jeffrey Spilter. 18. Publicaciones varias del ASHRAE. (American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers). 19. Uniform Building Code. International Conference of Buildings Officials. Nota:Completan la lista artículos varios, normas y reglamentos de otros países y prospectos de productos y materiales. Reconocimiento. Agradecemos al personal de la Revista Vivienda, quien en todo momento nos ayudó, facilitando nuestro trabajo para que este Manual pueda ser realizado. 20. Constructividad. Stewart Adams. 21. Infiltración de Aire en Viviendas. Swedish Council for Building Research. 22. Tecnología de la Construcción Industrializada. Gerard Blachére. Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell Ing. Horacio Mac Donnell e Ing. Horacio Patricio Mac Donnel 313 Anexo 25/04/2001 9:02 AM Page 314 ANEXO Certificados de Aptitud Técnica Vigentes y en trámite de renovación al 31 de Diciembre de 1998. Fuente: Presidencia de la Nación. Secretaría de Desarrollo Social. SS. de Vivienda. Dirección de Tecnología e Industrialización: Av. 9 de Julio 1925, Piso 16, Oficina 1601; C.P. 1332, Capital Federal; Tel./Fax: (011) 4381-0736. TABLA 1: ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DENOMINACION TIPO APTITUD DE USO CAT Nº DIRECCION/TEL •Av. Mitre 1233 - Florida-Bs.As. / 4761-4172 •Calle 65 N° 5920 -Villa Ballester Bs.As./4738-9000 •San Lorenzo Oeste 605 -Concordia, Entre Ríos; / 0345-4219437 •Ruta 8 km. 50 - Pilar-Bs.As.; / 01328-426726/487415 •Av. L. N. Alem 986 - P. 4° y 5° -Cap. Fed./ 4311-1635 •Av. Del Libertador 16184 -San Isidro/ 4743-7309 -EXACTA 125 - EXACTA 250 LIMITADO ENCOFRADO MODULAR 2180 -HEBEL LIMITADO MAMPUESTOS 2242 -JUEGO DE BLOQUES MODULARES ENSAMBLABLES LIMITADO MAMPUESTOS 2331 -PLACA ECOLOGICA T - PLAK LIMITADO PLACA 2334 -TABIQUE PLASTBAU GENERAL MUROS 2041 -TABIQUE SUBITO GENERAL TABIQUES 1249 TABLA 2: SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SEMIPESADOS DENOMINACION TIPO ZONA PISOS CAT Nº -S.E.I.D.E.C.O. LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2247 -TECNOCASA LIMITADO I a IV PB 2301 -VIAPA LIMITADO I a VI PB 2220 -VIDHA LIMITADO I a IV PB 1901 -VIVIENDA MODULAR CASSINA LIMITADO I a IV PB 2275 -VIVIENDA MODULAR CASSINA 1 LIMITADO I a IV PB 2303 -VIVIENDA SHAP LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2338 -WEST HOUSE LIMITADO I a IV PB 2201 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell DIRECCION/TEL •Jujuy 151, Tandil, Bs. As. / 02293-450663 •Perticone y Paimún, Neuquén / 0299-442400 •Av. Ameghino 1404, Esquel, Chubut / 02945-452067 •Español 1344, Wilde, Bs. As. •Maipú 474, 5°P., Cap. Fed. / 4394-8152/1293 •Maipú 474, 5°P., Cap. Fed. / 4394-8152/1293 •Av. Santa Fe 3711, PB “C”, Cap. Fed. / 4832-4920/4184 •Reconquista 609, 1° P., Cap. Fed. /4311-3666/4404/4354 314 Anexo 25/04/2001 9:02 AM Page 315 TABLA 3: SISTEMAS CONSTRUCTIVOS LIVIANOS DENOMINACION TIPO ZONA PISOS CAT Nº -ACE LIMITADO I a IV PB y 3 pisos 2082 -ALFIL MODULAR LIMITADO I a IV PB 2207 -ALTEC II LIMITADO I a IV PB 2230 -CASA CONTEMPORANEA GENERAL I a IV PB 1640 -CASAPLAN -CO.I.M.PRO GENERAL LIMITADO I a IV I a VI PB PB 2009 2273 -CONFORT LIFE LIMITADO I a IV PB 2321 -CONSTRUCCIONES DE ESTRUCTURA DE MADERA CON SISTEMA ESTRUCTURAL DE PLATAFORMAS -DEUSCHE SHNELBAUTEN LIMITADO I a VI PB y 1 piso 2278 LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2288 -DINARA LIMITADO I a IV PB 2215 -EDIL - SUD GENERAL I a VI PB 1111 -EMB LIMITADO I a IV PB 2135 -EQUINOX -HITECH COMPO SYSTEM LIMITADO LIMITADO I a IV I a IV PB PB 1414 2119 -INDUMAD LIMITADO I a IV PB 2187 -INDUSTRIA FOURCADE LIMITADO I a IV PB 2195 -JORGE MARTINEZ CASAS GENERAL I a IV PB y 1 piso 1451 -NORTE LIMITADO I a IV PB 1768 -NOVOA LIMITADO I a IV PB y 2 pisos 1269 -ÑANDE ROGA GENERAL I a IV PB 1698 -PENTAWALL LIMITADO I a IV PB y 3 pisos 2236 -PREMOLDEADOS DALVIAN GENERAL I a IV PB 1146 -RAPI-PANEL GENERAL I a VI PB 2159 -ROYAL HOUSING SYSTEM LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2163 -SANMO LIMITADO I a VI PB 1772 -SEMILLA II LIMITADO I a IV PB 2268 -SIC-M GENERAL I a IV PB y 1 piso 2090 -SIDERAR CONSTRUCCION RACIONALIZADA LIVIANA -SISTEMA CUBICO 726 LIMITADO I a VI PB y 1 piso 1647 GENERAL I a VI PB 1628 -SISTHEMA P/P.B. Y DOS PISOS ALTOS -SUBITAS LIMITADO I a IV PB y 2 pisos 2128 GENERAL I a VI PB y 3 pisos 720 -TERMOCASA LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2297 -THERMA HOUSE LIMITADO I a IV PB 2246 -VIPAR LIMITADO I a IV PB 1976 -VIVIENDAS BAHIA BLANCA GENERAL I a VI PB 1646 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell DIRECCION/TEL •Adolfo Alsina 1360, 2° P., Nº 202 Cap. Fed./ 4383-4937/8146 •B° de Italianos 901, Wilde, Bs. As. / 4227-5920/4207-4378 •Ruta 302 km 7, Cevil Pozo-Tucumán / 0381-4260843/453 •Pueyrredón 995, Salta /0387-4395366/4230893 •Hernandarias 354, Santa Fe •Colectora 1672. La Horqueta, San Isidro, Bs.As./4719-6132/33 •Argensola 740, B° Alta Córdoba /0351-4731245/4731127 •Martín y Omar 450, San Isidro, Prov. de Buenos Aires /4747-6675 •Alsina 154, Ramos Mejía, Bs. As. /4654-2447 •Libertad 1352. 2° B, Cap. Fed. /4813-2630 •Grillo (ex 110) y Ortega (Ex 130) Comodoro Rivadavia, Chubut. /02967-4473091/72246 •Florida 638, 3°P., Cap. Fed. /4394-4027/4322-1122 •Pte.J.E.Uriburu 1565, PB /4806-5216 •Av. Santa Fe 2861, 2°F, Cap. Fed. / 4731-1967/68/70 •Av. J.M. Rosas 5650, San Justo Bs.As./ 4651-0785/3283 •San Martín 948, 4°P., Cap. Fed. /4313-7871/4762-2056 •Ayacucho 139/147, 1°P., Córdoba / 0351-4237904 •Av. Calchaquí 4480, Quilmes /4255-0474 •Stgo. del Estero 2151, Of. 305 Mar del Plata, Bs. As. /0223-4929185 •San Lorenzo 2152, Posadas, Misiones/ 03752-447904/00 •Arieta 4720, Tablada, Bs. As. /4484-5731/32 •Av. 7 colores, Consejo Residen. Dalvian-Mendoza/0261-4444628 •Av. Libertad 279, Rawson, Chubut / 02965-481669 •Suipacha 1111, P.25°, Cap. Fed. /4314-8997 •Av. Parchappe 854, B. Blanca, Bs.As. / 0291-4529005 •Calle Igualdad 3585, Villa Siburu Estafeta 14, Córdoba /0351-4894442 •Sgto. Cabral 122, P.7°, Rosario, Sta. Fe/ 0341-440944/4262766 •Av. Belgrano 1255, Cap. Fed. /4222-5575 •Av. Gaona 4625, km 35, Moreno Bs. As./ 228-425825 •Deán Funes 611, 8° “B”, Córdoba / 0351-4256864 •Av. del Libertador 16184, San Isidro, Bs. As./ 4743-7309 •Calle 49 Nº 843, La Plata, Bs.As. /0221-4780064 •M. Fiorucci 84, Santa Rosa, La Pampa/ 02954-438844/8724 •Tomás Flores 2665, Bernal Oeste, Bs. As./ 4270-9301 •Av. Roca y Ruta 3, Barrio Industrial, Comodoro Rivadavia/ 0297-4484906 315 Anexo 25/04/2001 9:02 AM Page 316 TABLA 4: SISTEMAS CONSTRUCTIVOS PESADOS DENOMINACION TIPO ZONA PISOS CAT Nº -CABE GENERAL I a IV PB y 1 piso 2061 -CIMALCO GENERAL I a IV PB y 3 pisos 1465 -CONSTRUCCIONES IND. FATTORELLO -FATTORELLO 2 GENERAL I a VI PB 1462 LIMITADO I a VI PB 2137 -PRETHOR GENERAL I a IV PB 811 -SES DUMEZ A1 LIMITADO I a IV PB 1481 -SISTEMA WM P/PB Y 2 PISOS ALTOS -SIVHA GENERAL I a IV PB y 2 pisos 998 GENERAL I a IV PB y 1 piso 1321 -TKACIK GENERAL IIIa/IIIb PB y 1 piso 1295 -VIV. INDUSTRIALIZADAS TENSOLITE GENERAL PB 1347 I a IV DIRECCION/TEL •C. Ardiles y Fray L. Beltrán, La Banda Santiago del Estero/ 0385-4370038 •Chuquisaca 200, Villa Hipódromo, Godoy Cruz-Mendoza/ 0261-4272024 •La Pampa y La Quiaca, Neuquén / 0299-4433436 •La Pampa y La Quiaca, Neuquén / 0299-4433436 •24 de Septiembre 675, PB, S. Miguel de Tucumán/ 0381-4302110 •Cerrito 1054, P. 13°, Cap. Fed. / 4812-0332 •José Martí 2425, Martínez, Bs. As. / 4798-1356 •Av. Uruguay 3367, Posadas-Misiones / 03752-427930/425509 •Ruta 205, km 101, Lobos, Bs. As. / 02227-422046 •Ruta 9, km 1298, Los Pocitos, Tucumán/ 0381-4372218/15 TABLA 5: SISTEMAS CONSTRUCTIVOS DE EJECUCION IN SITU DENOMINACION TIPO ZONA PISOS CAT Nº -AION LIMITADO I a IV PB y 1 piso 1541 -ARCON LIMITADO I a IV PB 2208 -CASAS DEL SUR LIMITADO I a VI PB y 1 piso 2310 -CASSAFORMA GENERAL I a VI PB y 2 pisos 1708 -DRAGADOS PLASTBAU I-II LIMITADO I a VI PB y 1 piso 1818 -MAPAL LIMITADO I a IV PB 2311 -MDN LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2266 -MISIONERO LIMITADO I a IV PB y 1 piso 2314 -MP LIMITADO I a IV PB 1638 -PERCON GENERAL I a IV PB 1337 Manual de Construcción Industrializada. Ings. Mac Donnell DIRECCION/TEL •Sarmiento 552, P. 12°, Cap. Fed. / 4314-3821 •1° de Mayo, Esq. Panamá, Bahía Blanca, Bs. As./ 0291-4562851 •Sarmiento 347, Río Gallegos, Santa Cruz/ 02966-420484 •Viamonte 1328, 3°P., Cap. Fed. / 4374-3437/7661 •Av. L. N. Alem 986, P. 4° y 5°, Cap. Fed., 4311-1635 •Tucumán 523 (N), Chimbas, San Juan/ 0264-4313452/3355 •Av. H. Yrigoyen 1116, S.S. de Jujuy / 0388-224563/232339 •Santa Fe 1446, Posadas, Misiones / 03752-439613/423105 •Olazábal 1215 “B”, Cap. Fed., / 4787-1422 •Serrano 1230, Cap. Fed./ 4777-2455 316