Trabajo 2: Fachadas de doble piel.

1-Introducción.

Muro cortina es un término utilizado para describir una fachada que no recibe cargas del edificio sino que soporta su propia carga que se transfieren a la estructura principal del edificio a través de conexiones.

1.1-Historia.

Hasta mediados del siglo XIX, los edificios se construían con los muros exteriores como soporte de la carga de toda la estructura. El desarrollo y uso extendido del hormigón armada y el acero estructural permitió reducir el tamaño de las columnas para resistir grandes cargas y las paredes exteriores de los edificios ya no eran necesarias para el soporte estructural. Por tanto, los muros exteriores podían ser más ligeros. Esto dio paso a una mayor utilización del vidrio para la fachada exterior, y de esta manera nace el muro cortina.

El primer edificio construido con muro cortina fue en San Francisco, 1918, de Willis Polk el edificio Hallidie. Sin embargo, el amplio uso del vidrio fue caracterizado por el bajo rendimiento térmico y por los problemas relacionados con el confort térmico interno. Por estas razones los nuevos edificios de fachadas transparentes no podían ser pensados sin un sistema interior de calefacción-aire acondicionado, todo esto deriva en unos desorbitados consumos de energía.

La doble piel de vidrio surge a partir de la preocupación ambiental del ahorro energético y motivada por:                                                                                         -La minimización de uso de energía durante el uso del edificio.                              -La necesidad práctica de mejorar el ambiente interno.                                         -La ambición de mejorar las condiciones acústicas en edificios ubicados en áreas de alto nivel de ruido.                                                                                   -El deseo estético de una fachada completamente de vidrio y la sensación de transparencia que ello conlleva.

Una preocupación ambiental.

La doble piel de vidrio toma protagonismo en fachadas, estableciendo al medio ambiente como argumento principal. De esta forma, se yuxtapone la preocupación ambiental con la búsqueda del efecto estético de las múltiples capas de vidrio, ensayando las diferentes posibilidades de transparencias y reflejos mediante la combinación de diversos cristales.

En los años 90 se comienzan a difundir las fachadas de doble piel y la preocupación del medio ambiente comienza a intervenir en el diseño arquitectónico.

1.2-Primeros sistemas de doble piel.

El primer sistema moderno norteamericano de doble fachada fue diseñado por los arquitectos Helmuth, Obata y Kassabaum en 1980 para el Occidental Chemical Centre en las cataratas del Niágara (Canadá).

El edificio cuenta con una fachada ventilada mediante un sistema motorizado que permite un flujo de aire ascendente desde la parte inferior de la fachada hasta la superior. Probablemente el primer ejemplo de doble piel de vidrio con cámara de aire ventilada sea la del Business Promotion Centre en Duisburg (Alemania), construido en 1993 por Foster and Partners. En este sistema el aire es introducido por la base de la fachada, sube por efecto chimenea removiendo el calor de los parasoles y se expulsa por la parte superior del edificio.

En las Galerias Lafayette en Berlín (Alemania), construidas por Jean Nouvel en 1995, el aire entra en la cámara de aire y sale de la misma por aberturas ubicadas en cada piso que se encuentran abiertas permanentemente. La fachada está ventilada durante la mayoría del año, pero si la temperatura externa es muy elevada o demasiado baja, se activa un sistema de ventilación mecánica.

2-Clasificación del sistema de fachada de doble piel.

El uso de la doble fachada ha ido creciendo rápidamente y en consecuencia, las posibles soluciones a utilizar. “Fachada de doble piel de vidrio” se refiere a un grupo variado de sistemas que son aparentemente similares, pero totalmente diferentes si consideramos el funcionamiento y rendimiento:

-Sistemas donde el espacio intermedio está cerrado y funciona sólo como una barrera térmica y sonora.                                                                                       -Sistemas con ventilación mecánica entre las pieles que actúa como aislamiento acústico para controlar el rendimiento térmico de la fachada.               -Sistemas con una ventilación natural de la cámara de aire, donde el rendimiento acústico y térmico son variables y el flujo de aire puede también ser utilizado como ventilación del espacio interno del local.

Existen tres criterios principales para clasificar las fachadas de doble piel de vidrio:

1-Según el tipo de sistema ventilación, lo cual define si es una fachada activa o pasiva.                                                                                                                 2-Según las particiones o divisiones en fachada, lo cual determina el espacio entre pieles.                                                                                                             3- Según las formas de ventilación del espacio intermedio, que influye en el flujo de aire.

2.1-Tipos de sistema de ventilación.

Nos referimos al espacio entre pieles y a los medios que originan esta ventilación. Se deben distinguir tres:

1. Ventilación natural, la cual se basa en las diferencias de presión del aire sin el apoyo de elementos eléctricos. Este caso se trata de una fachada pasiva.             2. Ventilación mecánica, donde existen componentes eléctricos que ayudan al movimiento del aire.                                                                                             3. Ventilación híbrida, la cual es la sumatoria de sistemas de ventilación natural y mecánica. En este sistema se usa generalmente la ventilación natural, la ventilación mecánica se activa en caso de que no se alcancen los objetivos deseados con la ventilación natural. Muy pocas fachadas utilizan este tipo de ventilación.

2.2-Las particiones o divisiones en  fachada.

Nos referimos a las particiones del espacio intermedio entre las diferentes pieles de vidrio y a cómo esté diseñado este espacio. Pueden estar clasificadas en cuatro clases:

1-Fachada tipo múltiples pisos: el espacio intermedio no está dividido entre los diferentes pisos y presenta aberturas de ventilación sólo en la base y en la culminación de la fachada. Normalmente las aberturas de la fachada interna son utilizadas sólo para mantenimiento y limpieza.                                              2- Fachada corredor: el espacio intermedio está dividido por pasarelas transitables para mantenimiento lo que facilita una buena ventilación natural.          3- Fachada tipo box-window: consiste en un marco con entradas de aire de forma que el espacio intermedio está cerrado horizontal y verticalmente evitando la transmisión de olores y sonidos.                                                        4- Fachada tipo shaft-box: se suele instalar junto con el sistema box-window pero conectado a un eje vertical que permite un flujo mayor de aire, mejorando así la ventilación de la fachada. Se reduce la cantidad de aberturas en la piel exterior de la fachada y se mejora así el aislamiento acústico. Este tipo de fachadas se utiliza en el caso de ventilación natural.

2.3-Formas de ventilación del espacio intermedio.

La forma de ventilación es independiente al tipo de sistema aplicado (natural, mecánico o híbrido). Existen cuatro formas de ventilación dependiendo del origen y destino del aire que circula.

-Cortina de aire externa: el aire introducido al espacio intermedio proviene del exterior y es inmediatamente expulsado hacia el exterior. La ventilación de la cámara de aire forma una cortina de aire que envuelve la fachada externa.         -Cortina de aire interno: el aire proviene del interior del local y vuelve al interior del mismo. La ventilación de la cámara de aire forma una cortina que envuelve la fachada interna.                                                                                                       -Suministro de aire: la ventilación de la fachada se crea con aire del exterior, el cual ingresa al interior del local o dentro de un sistema de ventilación.                        -Escape de aire: el aire proviene del interior de la habitación y es expulsado hacia el exterior, por tanto la ventilación de la fachada permite extraer el aire del edificio.

2.4-El espacio entre pieles.

La ventilación de éste espacio puede ser totalmente natural, ayudado por un ventilador (sistema híbrido) o totalmente mecánico. El ancho puede variar de los 20cm hasta los 2 metros. El ancho influye en las propiedades físicas de la fachada y la forma en que ésta será mantenida. Cuanto mayor es la complejidad del edificio mayor suele ser el ancho de dicho espacio.

Clase	Descripción
<50mm	Estos anchos raramente se encuentran en la práctica.
50-200mm	Para dobles fachadas ventiladas mecánicamente. Ej: Edificio UCB.
200- 500mm	Es el ancho mínimo para evitar el sobre calentamiento. El espacio intermedio no es accesible.
500-2000mm	Fachadas con espacio intermedio accesible. Ej: Edificio Brussimo.
>2000mm	El espacio intermedio se transforma en atrio. Ej: Edificio Commerzbank.

3- Sistemas de tamización de la luz.

Estos sistemas generadores de sombra se instalan en el espacio entre pieles, de forma que están protegido de la lluvia y del viento. Cuanto menor sea el espacio mayor serán las ganancias de calor aunque la piel interna puede calentarse en exceso.

Estos sistemas tampoco deben ir demasiado cerca de la piel externa, ya que debemos evitar el sobrecalentamiento de dicha piel. Se recomienda una distancia de 15 cm entre el sistema de sombreado y la piel exterior de la fachada. La selección del material elegido debemos hacerlo teniendo en cuenta muchos factores cómo el tipo de vidrio, la geometría del espacio intermedio o la estrategia de ventilación que vamos a seguir.

Vamos a nombrar algunos de los sistemas más utilizados:

1-Pantallas tamizadoras de la luz hecha con tejido: se desmontan para su mantenimiento y se vuelven a colocar una vez limpias. Se suelen limpiar cada 3 o 4 años cuando se encuentran dentro del espacio intermedio.

2-Persianas venecianas: se usan en la mayoría de los casos por su fácil manipulación. Su mantenimiento es más fácil que el de la tela, ya que la frecuencia de limpieza depende del color de las mismas y las condiciones climáticas del exterior.

3-Parasoles exteriores metálicos (fijos o móviles): no necesitan un gran mantenimiento, salvo los móviles, donde es necesario un seguimiento debido a su sistema mecánico.

4-Paneles fotovoltaicos: las células fotovoltaicas pueden estar integradas en la piel externa. Un caso bastante conocido es el de la Universidad de Norway que combina un sistema de doble piel con un sistema fotovoltaico integrado y puede producir tanto electricidad como calor.

5-Parasoles cerámicos: las fachadas son una combinación de muro cortina y una pantalla de tubos cerámicos blancos. Es el caso del New York Times, la pantalla posicionada 60 cm de la estructura, actúa como protección solar del edificio.

6-Parasoles de vidrio: este es el caso de la torre Agbar en Barcelona, la cual tiene una piel externa de parasoles de vidrio que rodea el edificio.

4-Conclusiones.

 

5-Bibliografía.

Fachadas  de doble piel. Oesterle, Lieb y Lutz, Heusler: - Editorial Prestel.

Un Vitruvio Ecologico: Principios y practica del proyecto arquitectonico sostenible. Carlos J. Vial. Editorial CSCAE.

Tectónica 10 vidrio.

 

Trabajo 1: Estructuras suspendidas verticales.

1-Introducción.

Se conoce con el nombre de estructura a toda construcción destinada a soportar su propio peso y la presencia de acciones exteriores (momentos, fuerzas) sin perder las condiciones de funcionalidad para las que fue concebida. Toda estructura tiene un número de grados de libertad negativo o cero, por lo que los únicos desplazamientos que puede sufrir son resultado de deformaciones internas.

Definimos estructura en el ámbito de la arquitectura cómo una disposición de elementos sustentantes de una construcción, ya sea un edificio, un barco, un puente o incluso un avión.

Concretamente centrándonos en el tema a tratar llamamos estructura suspendida a aquella que está formada por cables de pretensado, que está suspendida entre elementos a compresión que le permiten soportar las cargas aplicadas.

1.1-Tipos de estructuras:

Se clasifican teniendo en cuenta los elementos que la forman y cómo se combinan.

1.    Estructuras masivas o de gravedad: son estructuras muy pesadas y macizas. Están formadas por superficies muy anchas y resistentes.

2.    Estructuras laminares o de carcasa: están constituidas por láminas o paneles resistentes y delgados (carcasas) que pueden envolver o proteger otras piezas del objeto. La resistencia la consigue dándoles una determinada forma.

3.    Estructuras de armazón o armaduras: están formadas por piezas como barras, tubos, pilares, vigas o cables unidos entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos pueden ser:

3.1. Trianguladas: Se forman por la unión de barras que van formando triángulos.

3.2. Entramadas: Mediante elementos horizontales y verticales que se unen entre sí se forma una especie malla. Los elementos horizontales se apoyan en los verticales.

3.3. Colgadas: El peso está soportado por cables que están unidos a otros elementos más robustos como muros. Este tipo de estructura se utiliza en los puentes colgantes y algunos arquitectos lo han usado también para sus edificios.

Dentro de las estructuras de armazón o de entramado se encuentran los sistemas planos que son las cerchas, vigas de celosía y vigas vierendel.

1.    Cerchas: son entramados triangulares planos, conformando una silueta en dos o más aguas. Se usan para elementos horizontales de gran luz.                      Los materiales empleados suelen ser acero o madera laminada para que la estructura no sea tan pesada.

2.    Vigas de celosía: entramado plano de barras con cordones superior e inferior horizontales, completado por barras verticales e inclinadas. Equivale a una cercha donde los pares se “horizontalizan” constituyendo el cordón superior. Los materiales empleados vuelven a ser acero y madera laminada.

3.    Vigas vierendel: son vigas de celosía alveolares para grandes luces, con nudos rígidos, no necesitando por tanto la triangulación.                      Su altura suele ser la de 1 planta del edificio. Necesitan un canto mayor de las vigas al suprimir la triangulación pero quedan plantas más diáfanas. Suelen ser de acero u hormigón armado.

1.2-Función de las estructuras:

1.    Soportar peso: las estructuras deben aguantar el peso de todo lo que se apoye o sitúe en ellas, tanto pilares y vigas cómo paredes, personas o muebles.

2.    Resistir fuerzas externas: tomaremos cómo fuerzas externas los terremotos, la fuerza del viento o las olas que son agentes atmosféricos que actúan sobre las estructuras de los edificios.

3.    Dar forma: es una de las principales funciones de la estructura ya que condiciona totalmente la envolvente.

4.    Servir de protección: cubre a la edificación y además la protege y aisla al exterior.

2-Metodología.

En la construcción actual se presentan múltiples posibilidades en los campos de la planificación, de la construcción y de la forma. Estos procesos tienen especial importancia, en muchos casos, las siguientes exigencias:

1º-La exigencia de un buen rendimiento económico, lo que promueve la industrialización de los métodos constructivos y con ello también la racionalización de los procesos de elaboración de los proyectos.

2º-La exigencia de adaptabilidad, que aboga por emplear y difundir estructuras y sistemas constructivos que permitan además ampliar los edificios, modificarlos o desmontarlos. Así se explica la progresiva tendencia a la prefabricación y a la construcción a base de un elemento sustentante.

2.1. Transmisión de cargas:

Una vez definidas previamente las tipologías estructurales que vamos a tratar estudiaremos unos ejemplos de transmisión de cargas.

5.    Las cargas se transmiten al suelo sólo por medio de las estructuras sustentantes interiores (núcleo de soportes de hormigón o acero). Las zonas exteriores en la planta baja están libres de soportes. Las cargas de los pisos se transmiten al núcleo de las siguientes maneras:

5.1. Piso a piso, mediante vigas en voladizo en cada planta.

5.2. Mediante tirantes que las llevan a una viga en voladizo situada en la parte superior del edificio, viga que las transmite al núcleo, el cual las transmite a su vez al terreno.

5.3. Mediante una viga en voladizo colocada a media altura del edificio. Los pisos que quedan debajo van suspendidos de esta viga, los que están encima van apoyados sobre ella.

5.4. Por una viga en voladizo en la parte inferior del edificio.

6.   

El núcleo sustentante actúa como elemento dominante en la estática y en la forma del edificio. El edificio tiene varias vigas en voladizo con grupos de pisos apoyados o suspendidos. Puede pensarse para los voladizos en vigas de entramado de altura igual a la del conjunto de varios pisos.

6.1. Las vigas vuelan simétricamente a ambos lados del núcleo.

6.2. Los grupos de pisos se distribuyen asimétricamente respecto al núcleo. Éste está sometido a grandes momentos de flexión.

7.    La planta baja es totalmente libre de soportes interiores, las cargas se transmiten al suelo sólo por los soportes exteriores. Hay varias soluciones:

7.1. Todas las vigas tienen gran longitud.

7.2. Las vigas se apoyan interiormente en tirantes que cuelgan de una viga colocada en la parte superior.

7.3. Los pies derechos interiores se apoyan en una viga de altura igual a la de un piso, situada sobre la planta baja.

8.    Las cargas del edificio son transmitidas a dos torres separadas.

8.1. Las cargas de los forjados de cada dos pisos se reúnen en una viga de altura igual a la de un piso. El piso que queda en medio no tiene, por lo tanto, ningún pilar.

8.2. El edificio tiene la forma de un puente de gran luz, aprovechándose toda su altura para formar una viga de celosía.

2.2. Planificación de montaje:

El montaje de edificios con estructura suspendida empieza con la construcción de la torre interior o núcleo. A continuación se colocan las vigas con voladizos que van encima de este núcleo. Los forjados de los pisos se montan desde arriba hacia abajo. En este caso hay que tener en cuenta que bajo la acción de las cargas el núcleo se acorta, mientras que las barras a tracción se alargan, se produce así un desplazamiento vertical relativo bastante grande entre los dos extremos de las vigas de los techos.

15. las vigas y los elementos del forjado se elevan y colocan una a una o en grupos premontados.

16. El techo de toda una planta se monta completamente en el suelo y luego se eleva como un todo.

3-Desarrollo.

En esta parte estudiaremos unos ejemplos de edificios que utilizan esta tipología estructural.

1-Residencia estudiantil en París, Francia.

2-Edificio de una compañía de seguros en Londres, Inglaterra.

3-World Trade Center en Nueva York, Estados Unidos.

4-Edifcio Castelar Madrid

5-Torres de Colón Madrid.

4-Conclusiones.

5-Bibliografía.

Diccionario técnico de arquitectura y construcción. Arquitectos asesores: María Viñé, David Stoleru, Alan Foster y Pilar Chueca. Edición Octubre 2001. Editorial Monsa. ISBN (2 volúmenes): 84-95275-54-6.

NBE EA 95: Estructuras de Acero en Edificación.

Tratado de construcción. Sistemas. Edición 2002. Editorial Munilla-Lería. ISBN: 84-89150-45-1.

Atlas de la construcción metálica. Edición 1980. Editorial Gustavo Gili. ISBN: 84-252-0611-1.