Procedimientos Constructivos y Ambientales Energéticos en Muros Spanish

PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS Y AMBIENTALES ENERGÉTICOS EN MUROS

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DIRECTORIO Dr. José Enrique Villa Rivera Director General Dr. Efrén Parada Arias Secretario General Dra. Yoloxóchitl Bustamante Díez Secretaria Académica Dr. José Madrid Flores Secretario de Extensión e Integración Social Dr. Luis Humberto Fabila Castillo Secretario de Investigación y Posgrado Dr. Héctor L. Martínez Castuera Secretario de Servicios Educativos Dr. Mario Alberto Rodríguez Casas Secretario de Administración Lic. Luis Antonio Ríos Cárdenas Secretario Técnico Ing. Luis Eduardo Zedillo Ponce De León Secretario Ejecutivo de la Comisión de Operación y Fomento de Actividades Académicas Ing. Jesús Ortiz Gutiérrez Secretario Ejecutivo del Patronato de Obras e Instalaciones Ing. María Lizarraga Iriarte Encargada del despacho de la dirección general XE-IPN TV Canal 11 Lic. Luis Alberto Cortés Ortiz Abogado General Lic. Arturo Salcido Beltrán Director de Publicaciones

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PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS Y AMBIENTALES ENERGÉTICOS EN MUROS

José Luis Montesinos Campos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL — MÉXICO —

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros Primera edición: 2007 D.R. 2007 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Dirección de Publicaciones Tresguerras 27, 06070, México, DF ISBN: 978-970-36-0477-7 FIPN: 2007-508 Impreso en México / Printed in Mexico

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ÍNDICE

Prólogo ............................................................................................................ 11 Introducción ...................................................................................................... 5 Antecedentes ..................................................................................................... 6 1. Conceptos relativos a muros ..................................................................... 7 2. Los muros del edificio ............................................................................. 19 2.1. Acciones exteriores sobre la envoltura del edificio ...................... 20 2.1.1. Agua ................................................................................................. 20 2.1.2. Condiciones higrotérmicas de los muros .................................. 25 2.1.3. El viento ......................................................................................... 28 2.1.4. La radiación solar .......................................................................... 29 2.1.5. El sismo .......................................................................................... 30 2.1.5.1. Principios urbanísticos ............................................................ 31 2.1.5.2. Principios de diseño y constructivos ................................... 32 2.1.6. El ruido ........................................................................................... 33 2.1.7. El fuego ........................................................................................... 34 3. Generalidades de los muros .................................................................... 37 3.1. Conceptos relativos a las estructuras .............................................. 37 3.2. Las funciones de los muros ............................................................... 39 3.3. Selección de materiales ...................................................................... 45 3.4. Fisuras y grietas en mampostería ..................................................... 46 3.5. Comportamiento ambiental de los muros ...................................... 50 3.5.1. Trayectoria solar ............................................................................ 51 3.5.2. Formas de transmisión del calor ................................................ 52 7

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3.6. 3.7. 3.8. 3.9.

Confort térmico ................................................................................... 54 Efecto invernadero ............................................................................. 57 Factores ambientales .......................................................................... 61 Aislamiento y masa térmica .............................................................. 68

4. Utilización de ladrillos y bloques .......................................................... 81 4.1. Resistencia estructural ....................................................................... 83 4.2. Resistencia a la humedad ................................................................... 85 4.3. Aislamiento térmico ........................................................................... 86 4.4. Aislamiento acústico .......................................................................... 87 4.5. Resistencia al fuego ............................................................................ 87 4.6. Defectos en los muros de ladrillos ................................................... 92 5. Cambios dimensionales en muros ......................................................... 95 5.1. Movimientos por la humedad ........................................................... 97 5.2. Movimiento estructural...................................................................... 99 5.3. Acción química .................................................................................... 99 5.4. Acciones del frío .................................................................................. 99 5.5. Materiales dispares ............................................................................ 100 6. Otras tendencias ..................................................................................... 101 6.1. Muros con sistema convintec ......................................................... 101 6.2. Muros panel w .................................................................................... 103 6.3. Muros divisorios y canceles ............................................................. 106 6.4. Muros en bambú carrizo .................................................................. 109 6.5. Muros en madera ............................................................................... 113 7. Dimensión, forma y métodos de colocación de muros ................... 123 7.1. Tipos de ladrillo ................................................................................. 123 7.2. Fabricación de ladrillos de arcilla .................................................. 124 7.3. Otros tipos de ladrillo ...................................................................... 126 7.4. Tipos de aparejo ................................................................................ 129 7.5. Diversos tipos de muro de adobe .................................................. 131 7.6. Amarres en muros ............................................................................. 132 7.7. Muros de ferrocemento .................................................................... 133 7.8. Muros de concreto ............................................................................ 136

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Índice

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8. Muros de material pétreo ...................................................................... 141 8.1. Rocas.................................................................................................... 141 8.2. La piedra en la construcción ........................................................... 142 8.3. Muros de piedra ................................................................................. 143 9. Morteros ................................................................................................... 145 9.1. Elección de morteros........................................................................ 145 9.2. Tipos de mezclas y morteros........................................................... 146 9.3. Concreto hecho en obra ................................................................... 148 9.4. Reglas para no fallar con las mezclas ............................................ 150 10. Uso del concreto ................................................................................... 153 10.1. Clases de concreto .......................................................................... 154 10.2. Construcción de muros de concreto ........................................... 155 10.3. Muros para vivienda ....................................................................... 156 10.4. Principales características físico-mecánicas .............................. 161 11. Pruebas de laboratorio ........................................................................ 165 11.1. Prueba en madera ........................................................................... 166 11.2. Prueba en block .............................................................................. 170 11.3. Prueba en tabique ........................................................................... 171 11.4. Prueba en bambú ............................................................................ 173 11.5. Pruebas en material saturado ....................................................... 178 12. Los muros como elementos de un sistema de control ambiental ................................................................................... 183 12.1. Características térmicas ................................................................. 183 12.2. Predicción de la condensación ..................................................... 190 12.3. Comportamiento acústico ............................................................. 193 12.4. Aspectos bioclimáticos en muros ................................................ 197 12.5. Los muros y la radiación ................................................................ 199 12.6. Los muros y el calor........................................................................ 200 Conclusiones ................................................................................................ 205 Bibliografía ................................................................................................... 207

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PRÓLOGO

Este libro es resultado de un proyecto de investigación (denominado los muros y su contexto energético climático), y se enmarca en la filosofía de actuación del Instituto Politécnico Nacional, que tiene entre sus objetivos promover y divulgar la investigación de sus diferentes centros y escuelas. Se presenta este estudio técnico y los resultados obtenidos, ubicado dentro de las actividades que sobre materiales, procesos de construcción, aspectos energéticos y medio ambientales, realiza la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura unidad Zacatenco. Es menester destacar el gran auge que tales temas están suscitando, tanto en México como internacionalmente, donde organizaciones como la Agencia Internacional de la Energía están poniendo en práctica importantes programas de investigación y desarrollo. No se debe olvidar que más de 30% del consumo de energía primaria proviene del sector de la edificación, y el papel que puede jugar la arquitectura bioclimática para reducir el consumo energético se presenta muy relevante. La edificación actual se caracteriza por una evolución de las técnicas constructivas, por una mayor rapidez en el desarrollo y ejecución de los proyectos y obras, y por los próximos cambios en las normas de aplicación que requerirá el conocimiento de los nuevos requisitos y prestaciones que deben cumplirse en los edificios. Estas circunstancias motivan la necesidad de una mejor definición de los proyectos y de una gestión y control más eficaz durante la ejecución de las obras. 11

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La gran novedad de este libro no es sólo exponer de una manera sencilla las distintas condiciones que el arquitecto o ingeniero tiene en cuenta en la propuesta de muros en el diseño de los edificios, sino que además proporciona estudios desde leyes reglamentarias, pasando por una contribución efectiva en el sistema estructural, hasta conocer el comportamiento ambiental de los muros de tabique y bloques, mediante una serie de pruebas de laboratorio. Estamos convencidos que esta investigación y las sucesivas que sobre el tema se estudian, contribuirán a la extensión del conocimiento y a la aplicación de técnicas para que el proceso de edificaciones sea más eficaz, y así conseguir que los conceptos de arquitectura e ingeniería se encuentren cada vez más vinculados con los conceptos energéticos.

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INTRODUCCIÓN

Si vemos las diversas construcciones y observamos su evolución, nos encontramos que ha habido una selección natural, que se ha ido adaptando a la cultura y al clima de las zonas; ha aprovechado los materiales del entorno y los conocimientos tecnológicos disponibles. Este proceso continúa, y lo único innovador ha sido la no limitación de los materiales autóctonos, por lo que dispone de libertad de elección de éstos, al influir menos el costo del transporte. En los países desarrollados surgen otros condicionantes: económicos, medioambientales, sociológicos y normativos. Si estos condicionantes no se tienen presentes en el momento de proyectar una edificación, puede llevar a construcciones inadecuadas; para evitar estos errores y dar con una posible solución, analizamos y reflexionamos al respecto. El objetivo es llamar la atención sobre el comportamiento térmico de los muros cuando están sometidos a variaciones periódicas de temperatura, y poder mejorarlo para así contribuir a solucionar los problemas medioambientales y energéticos; además de su análisis como elemento estructural y de los procedimientos de montaje. Con la finalidad de que los estudiantes de ingeniería empiecen a comprender las consecuencias probables de las decisiones que tomen con respecto a materiales y métodos de construcción.

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ANTECEDENTES

Los muros de las diversas construcciones se pueden edificar de diferentes maneras y usando distintos materiales. Para apreciar las diferentes técnicas de construcción y sus ventajas relativas, es necesario conocer las funciones de los muros en distintos sitios. En este trabajo se examinarán los principales métodos que se emplean en la construcción, tanto de los muros exteriores e interiores como de los muros divisorios. Los muros estructurales significan una contribución efectiva en un sistema estructural, de dos maneras posibles: como muros de carga en cuyo caso se deben proyectar para soportar cargas verticales además de su propio peso y los muros de estabilización proyectados para soportar las fuerzas horizontales o inclinadas resultantes de la presión del viento, de los temblores de tierra (sismos), de la presión del agua o de la tierra, o bien de empujes oblicuos de las formas arqueadas, resistiendo tensiones de cortante y de flexión. Lo normal es que los muros estructurales de los edificios realicen simultáneamente la doble función de soporte de carga y estabililizadora. La capacidad de carga de un muro viene determinada por la resistencia del material utilizado y por su capacidad para aguantar las tensiones que surjan. El comportamiento del edificio puede verse afectado por las variaciones que en los muros se presenten debido al calor, al sonido, al movimiento del aire y a ciertos aspectos ocasionados por la penetración del agua.

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CONCEPTOS RELATIVOS A MUROS

En los últimos tiempos se habla de desarrollo sustentable que, según el programa de Medio Ambiente de las Naciones Unidas (1991), es aquel desarrollo que implica mejoras de la calidad de vida dentro de los límites de los ecosistemas. Y con el fin de adaptar la idea de sustentabilidad a la ciudad, el Consejo Internacional de Iniciativas Ambientales Locales (ICLEI, siglas en inglés) propuso la siguiente definición “el desarrollo sustentable es aquel que ofrece servicios ambientales sociales y económicos básicos a todos los miembros de una comunidad, sin poner en peligro la viabilidad de los entornos naturales, constructivos y sociales de los que depende el ofrecimiento de estos servicios”. (Kibert, Ch., 1996.) En tal sentido destacan fundamentalmente tres categorías: la concepción servicial en términos ampliamente sociales, la adecuación a una idea de ciudad y la capacidad de expresar integralmente la realidad tangible de la buena construcción. Al hablar de la última de esas tres categorías, solemos referirnos a los materiales, los sistemas de construcción y, en general, a los temas de carácter tectónico. Pero a su vez, olvidamos otros elementos que tienen la misma trascendencia, y que están también en la base de los procesos componentes de la arquitectura y de la ingeniería, especialmente las de los últimos años, durante los cuales se ha ampliado considerablemente el concepto de confortabilidad, y se le ha exigido mayor atención a las cuantificaciones energéticas. La exigencia de la construcción ya no se plantea sólo en términos tectónicos, sino también en los específicamente ambientales: lo visual, lo acústico y lo climático. La lógica de la forma de la arquitectura viene, por tanto, determi17

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nada también por los parámetros objetivos del ambiente, los cuales entran ya a formar parte de las propuestas para un nuevo orden arquitectónico; por tal razón aquí vamos a hablar del muro desde el punto de vista de la envoltura global o recubrimiento, que permita aislarse de las acciones exteriores y conseguir condiciones adecuadas en el interior del edificio, para que el ser humano pueda realizar sus actividades en condiciones óptimas y con seguridad; buscando con esto responder prioritariamente a las realidades sociales, contextuales y constructivas, para propiciar un sistema general de sustentabilidad.

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LOS MUROS DEL EDIFICIO

A lo largo de la historia, la edificación ha hecho posible que el hombre realice sus distintas actividades protegido frente a las inclemencias exteriores. Por naturaleza el ser humano se protege y adapta a las diferentes condiciones del clima y medio que lo rodea. Los muros desempeñan un papel importante, ya que para cada clima esta cubierta cambiara su color, grosor, la orientación o textura; asimismo, es flexible ante las variaciones de temperatura que experimenta, en lo cual cumple su principal función: protegernos del medio externo. En la edificación los muros son elementos importantes para resolver problemas de energía y fomentar su sustentabilidad, pues sus superficies pueden ser aprovechadas para integrar otras funciones que vayan más allá de la estética. Se puede decir que edificar es la respuesta de los elementos constructivos a las exigencias de quien los utiliza. Los muros o envoltura global son los elementos que mayor incidencia tienen en esta misión. La envoltura global se define como el elemento de fábrica que separa el espacio interior del exterior y que sirve a la vez de pared vertical y cobertura, sin que haya discontinuidad entre estos dos elementos. Se puede definir al edificio como “construcción fija, hecha con materiales resistentes, para habitación humana o para albergar otros usos”. Y como muro a, ”cualquier porción de la envoltura del edificio cuya superficie sea mayor de 0.5 m2 y separa el interior del edificio del exterior de un espacio no acondicionado, de un espacio no habitable o de un edificio adyacente. Comprende las cubiertas, suelos, huecos, fachadas y medianeras”. (Sánchez-Ostiz, 2002.) 19

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A continuación se exponen las diferentes acciones exteriores que pueden actuar sobre un edificio, así como las exigencias actuales de los usuarios para considerar un edificio habitable. (Idem.)

2.1. ACCIONES EXTERIORES SOBRE LA ENVOLTURA DEL EDIFICIO

2.1.1. Agua En una edificación el agua es un agente que está presente en todos los casos de patología de la construcción; en los casos patológicos el agua se presenta por medio de:

La acción indirecta del agua en otros casos de daños se debe a que ésta produce procesos físicos, químicos, y además causa numerosos perjuicios y deterioros básicos en la construcción del edificio.

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Estas humedades pueden ser originadas por: • El agua atmosférica: nieve, vapor de agua de superficie y del subsuelo. • Vapor de agua atmosférica (doméstica e industrial). • Agua procedente de roturas y pérdidas de las instalaciones del edificio, abastecimiento, saneamiento, calefacción, refrigeración, etcétera. • Agua por el nivel freático. Los daños que pueden producir en los edificios cuando los muros sobre los que inciden tienen defectos constructivos o de diseño. Diferentes tipos de humedades: • Humedad de construcción de obra: Humedad de materiales y elementos constructivos, cuya cantidad de agua es superior a la humedad de equilibrio. Origen del agua: Agua generada durante la construcción del edificio. Defecto constructivo: Contenido de humedad superior a la humedad de equilibrio. • Humedad ascendente: se trata de la ascensión del agua por una red de tubos de poros muy finos en el sentido contrario a el de la gravedad; fenómeno de difusión, ya que se produce en cualquier dirección, hecho que favorece el mortero por su naturaleza porosa. Origen del agua: agua del subsuelo. Defecto del muro capilaridad. • Humedad de condensación: el vapor de agua del aire ambiente se condensa en la superficie del local que ha alcanzado la temperatura de rocío. Esta temperatura es la que corresponde a un ambiente que ha alcanzado la saturación: 100% de humedad. Origen del agua: vapor de agua atmosférica. Defecto del muro: Falta de aislamiento térmico de los muros y cubiertas y/o falta de ventilación de los locales. • Humedad por eflorescencia: se define como la formación de depósitos de sales minerales solubles sobre la superficie de una pieza cerámica terminada, por exposición a los agentes atmosféricos. La causa real de la formación de estos depósitos es la migración de una solución salina a

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través de los poros inmediatos de ésta, al evaporarse el agua existente. Origen: Agua atmosférica. Defecto del muro: deterioro del material. • Humedad de absorción: el agua atmosférica se desplaza a través de la estructura porosa del elemento constructivo, por sus poros abiertos. Origen: agua atmosférica. Defecto del muro: capilaridad y porosidad. • Humedad infiltrada: agua que entra a través de fisuras, grietas y juntas de los muros. Origen: agua atmosférica. Defecto del muro: fisuración y juntas mal resueltas. Además, también pueden producirse humedades por rupturas o averías de las redes o instalaciones del edificio; inundaciones. Para paliar los efectos de la humedad se han utilizado tradicionalmente sistemas de impermeabilización, a base de morteros de cemento. Pinturas plásticas o frisos y chapados que, lejos de solucionar el problema agrava sus consecuencias a corto o mediano plazos. La solución adecuada consiste en evitar las causas, y facilitar la ventilación de los muros enterrados por debajo del nivel del suelo de la planta baja. Si el edificio está exento, y no se encuentra entre colindancias, la solución es crear una cámara de ventilación perimetral por el exterior del inmueble. Si no puede realizarse por el exterior, por tratarse de un edificio adosado, pueden crearse cámaras de ventilación interiores, cuya eficacia aumenta considerablemente si disponemos en ellas las conducciones de agua caliente sanitaria o calefacción. Para sanear los paramentos en el interior de nuestras casas, el remedio es utilizar morteros muy porosos, denominados “morteros drenantes”, que facilitan la transpiración natural de muros y tabiques. En el exterior de los edificios debe facilitarse la evacuación del agua mediante el uso de determinados productos, que variarán en función de que los acabados sean de piedra y granito o se trate de muros de ladrillo visto. En las fachadas revestidas debe evitarse los enfoscados de cemento, ya que trasladan la

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humedad hacia el interior de las viviendas. Es menester sustituir estos enfoscados por revocos tradicionales de cal y arena, mucho más estables y duraderos, y que expulsan el exceso de humedad procedente del subsuelo. Aunque las humedades por capilaridad son muy difíciles de combatir, su reducción o eliminación no sólo mejora las condiciones de vida de los usuarios, sino que evita la aparición de problemas estructurales, especialmente en las construcciones con estructura metálica o de entramados de madera. La acción indirecta del agua puede producir: • Asentamientos diferenciales de cubiertas por arrastre de finos del terreno de cimentación. • Variaciones dimensionales del terreno, los terrenos expansivos que por la acción del agua se hundían y cuando se desecan disminuyen de volumen. Estas variaciones producen movimientos sobre el cimiento y otros elementos constructivos, y provocan asentamientos diferenciales. • Variaciones dimensionales debidas a la absorción de agua por los materiales que aumentan de volumen, y al perder humedad disminuyen de volumen. Cuando estos movimientos están coartados se fisuran los materiales o elementos constructivos. Hay que distinguir estas variaciones dimensionales de las retracciones o hundimientos que ocurren por un fenómeno físico-químico, como sucede en la retracción del fraguado del concreto o en la timidez del yeso al fraguar seguida de una retracción por desecación, o en el caso de la dilatación potencial de algunos materiales cerámicos. • Corrosión química. Fenómeno de oxidación que se produce cuando el hierro u otros metales están en presencia de oxígeno disuelto en agua o del oxígeno del aire. No hay que olvidar que los metales están en la naturaleza en forma de óxido, y para poderlos utilizar en la construcción los transformamos. Una vez puestos en contacto con el ambiente exterior sin ninguna protección, empieza un proceso de oxidación natural para volver a su estado original. El agua, el polvo y la suciedad favorecen este fenómeno,

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por ello, un adecuado diseño de los elementos metálicos tiene que evitar que se deposite el agua y la suciedad. • Corrosión electroquímica. Se debe a la formación de un par galvánico entre dos elementos con distinto potencial en presencia de un electrolito que los pone en contacto y que puede ser el agua. El metal más electronegativo hace de ánodo de sacrificio y va desapareciendo y el más electropositivo es el cátodo. La escala de electronegatividad de los metales más utilizados en construcción es: aluminio, zinc, hierro, plomo y cobre. • El aluminio es el más electronegativo y el cobre el más electropositivo. Cada uno de estos metales hace de ánodo de sacrificio con los que queden a su derecha. Cuanto mayor es la diferencia de potencias, mayor es el riesgo de corrosión. Un ejemplo de aplicación en la construcción es el caso de cubiertas de paneles de aluminio y tornillos de acero (no inoxidables), el orificio entre la chapa de aluminio y el tornillo se va haciendo cada vez más grande debido a la corrosión electroquímica. Para solucionarlo hay que emplear tornillos de acero inoxidable o un taco de neopreno o material eléctrico entre ambos. También la corrosión electroquímica se puede producir en un mismo metal que tenga dos zonas con diferente potencial debido a la aireación diferencial o concentración variable (polvo, suciedad, etc.) del electrolito. • Pudrición de la madera. En los diferentes códigos y reglamentos existentes en el ámbito mundial se establecen una serie de exigencias que cumplir: - Las paredes deben construirse de tal forma que se impida la penetración inadecuada de las precipitaciones atmosféricas. - Las partes del edificio que puedan ser afectadas por escurrimientos deben construirse de manera que se impida el paso inadecuado del agua al interior.

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- Los elementos constructivos que estén en contacto con el terreno deben tener unas características apropiadas para que se impida el paso inadecuado del agua procedente de éste y la transmisión de agua inaceptable hacia el interior del edificio. - Debe disponerse una instalación de saneamiento para evacuar el agua recogida procedente de las precipitaciones atmosféricas, de los escurrimientos y del terreno. - Los muros deben construirse de tal forma que no se produzcan condensaciones inadecuadas en la superficie interior. - Es menester disponer medios adecuados para extraer o eliminar el vapor de agua que se produzca en los recintos en los que se utilice agua caliente.

2.1.2. Condiciones higrotérmicas de los muros Se define como ambiente al espacio tanto interior como exterior a la envolvente del muro, en el cual se incluyen todos los parámetros físicos que intervienen en los procesos de transferencia de calor, sea por radiación o por convección. Se define como muros a los elementos de separación entre el ambiente interior y el ambiente exterior de un edificio y que constituyen su envolvente ciega. Los elementos delimitadores del ambiente interior que pueden permitir el paso del aire, la luz, etc., se denominarán huecos, y no serán objeto de este estudio, ni tampoco las particiones entre diferentes zonas del ambiente interior. (Engelbert, A., 2000.)

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Figura 1. Regiones definidas en los muros.

En la transmisión del calor a través de los muros, entre el ambiente exterior y el ambiente interior de los edificios, se distinguen varios mecanismos de transferencia y regiones donde se realizan: Superficies, en contacto con el ambiente exterior e interior, donde se intercambia calor por radiación y convección entre el ambiente y el interior del muro. La temperatura y la humedad del aire determinan el bienestar higrotérmico. Ante la presencia de aire frío el cuerpo pierde calor rápidamente, mientras que en aire caliente lo hace más lentamente, siempre que la temperatura del aire sea inferior a la del cuerpo. Por otro lado, un aire ambiente demasiado húmedo produce una evaporación en la piel lenta e incómoda, mientras que si el aire es demasiado seco, la piel y las superficies respiratorias se secan fácil y rápidamente. El aire a menor temperatura admite menor porcentaje de humedad que a una temperatura más elevada. Cuando el aire a una temperatura dada y con 100% de humedad entra en contacto con una superficie fría, por ejemplo, un cerramiento con temperatura y se mantiene constante la humedad, o bien se aumenta la cantidad de gramos de vapor de agua en el aire y se mantiene constante la temperatura, como podemos ver en un diagrama psicométrico.

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Así, para lograr una aceptable comodidad térmica dentro de un edificio es necesario buscar el equilibrio de las condiciones de temperatura y humedad. Los muros del edificio deben conseguir ese equilibrio, ya que modifican la temperatura y la humedad del aire interior, por tanto, es importante saber cómo diseñarlas para conseguir el bienestar térmico. Cuando una pared opaca y homogénea se coloca entre dos ambientes a diferente temperatura, se produce una transferencia de calor de la cara caliente a la cara fría, dicha transmisión se produce en varias formas: - Del aire interior (ambiente más caliente) a la cara interna de la pared por convección (a través del aire caliente en contacto con la pared más fría). - A través de la pared por conducción (transmisión de calor por contacto directo entre dos materiales a distinta temperatura). - De la cara externa de la pared al aire exterior (ambiente más frío) por radiación (emisión de calor de cualquier cuerpo en forma de radiación electromagnética infrarroja). Las características de los materiales constituyentes (especialmente de aislamiento térmico) y su disposición constructiva dentro del muro, disminuyen esta transmisión de calor y deben garantizar que no se producen humedades de condensación superficiales ni intersticiales. También hay que tener en cuenta el concepto de “inercia térmica”, que se define como la capacidad de un material para almacenar calor. En general, es proporcional a su masa, según el uso que se vaya a dar al edificio o locales, puede interesar que los cerramientos tengan mucha o poca inercia térmica. Si ésta es baja, las temperaturas varían rápidamente en función de que esté o no en funcionamiento la calefacción y viceversa. Existe una serie de exigencias mínimas de comportamiento higrotérmico que deben reunir los muros de los edificios, cuyos objetivos son el ahorro de energía y mejorar el entorno medio ambiental al reducir la emisión de contaminantes (dióxido de carbono) asociada a la generación de energía.

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- Los muros deben construirse de tal forma que la demanda energética anual del edificio necesaria para alcanzar el bienestar térmico debe estar limitada en función de la localidad y del uso del edificio en las estaciones del año extremas (verano e invierno). - La contribución de los muros a la demanda energética del edificio se determinará teniendo en cuenta sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar. - Los muros se construirán de forma que no presenten humedades de condensación en su superficie interior ni dentro de la masa del muro que degraden sus condiciones, así como tampoco las esporádicas que causen daños a otros elementos. - Las partes de los muros en las que se puede formar puentes térmicos deben ser tratadas adecuadamente.

2.1.3. El viento El viento es el movimiento del aire producido por la diferencia de temperaturas entre dos masas de aire, tanto en la atmósfera como en el interior de un edificio. La acción del viento produce los siguientes efectos sobre un edificio: - Presiones y succiones. Los edificios altos y estrechos hay que diseñarlos contra el viento. La distribución y el valor de las presiones que ejerce el viento y las fuerzas resultantes dependen de la forma y de las dimensiones de la obra, de las características y de la permeabilidad de su superficie, así como de la dirección e intensidad y de las ráfagas de viento. También hay que tener en cuenta las condiciones locales, como las situaciones de una cima montañosa en un acantilado, en el fondo de un valle, etcétera. - Movimientos y rupturas de materiales de cubierta para contrarrestarlas, hay que diseñar las cumbreras en dirección opuesta a los vientos dominantes y fijar determinados elementos que conforman la cubierta.

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- El viento combinado con la lluvia causa que ésta penetre a través de las fachadas cuando los materiales son porosos. También puede penetrar a través de las juntas del revestimiento exterior (fachadas transventiladas) o a través de fisuras, grietas y juntas más resueltas que puede tener el muro. - También puede producir el desgaste superficial de materiales, por ejemplo, erosión de ladrillos y sillares, abrasión de los elementos metálicos de una fachada en un edificio situado en la playa.

2.1.4. La radiación solar La radiación recibida en la superficie de la Tierra es un porcentaje del total de la radiación que incide sobre la atmósfera terrestre, debido a los procesos de absorción, reflexión y difusión que sufren los rayos solares al incidir sobre los componentes de la atmósfera; una tercera parte de la energía solar interceptada por la Tierra es devuelta al espacio exterior por reflexión, difusión y refracción, mientras que las dos terceras partes restantes son absorbidas y posteriormente enviadas en su mayor parte al espacio exterior en forma de radiación de onda larga. Los procesos citados serán mayores cuanto mayor sea el trayecto o masa de aire que han de recorrer los rayos solares a través de la atmósfera. El Sol produce dos tipos de efectos sobre los edificios: - A través de la radiación ultravioleta con la que quema, produce cambios de color en los materiales, degradación de los materiales plásticos (por ejemplo, espumas de poliuretano) y fotodegradación de la madera en la que produce la descomposición de la liguina. - A través de la radiación infrarroja, con la que calienta, produce dilataciones y contracciones en estructuras y elementos constructivos en función de que aumente la temperatura o disminuya, generando fisuras o grietas cuando estos movimientos están coartados; la magnitud de estas acciones derivadas de las variaciones de la temperatura depende básicamente de las condiciones climáticas regionales y locales de la orienta-

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ción y de la exposición de los elementos estructurales y constructivos, así como de las características de los materiales. Por ello, en el diseño de muros habrá que tener en cuenta las deformaciones que puedan producirse, que serán función del coeficiente de dilatación térmica de cada uno de los materiales constituyentes. En el caso de distintos materiales superpuestos o unidos de forma adherida, por ejemplo, en fachadas o cubiertas, se producen rupturas y desprendimientos debido a los movimientos que experimenta cada uno de ellos. Mediante el diseño podemos controlar el efecto de la acción solar sobre el edificio, e influir en tres frentes: orientación, tipos de vidrios y refracción entre superficie acristalada y superficie maciza.

2.1.5. El sismo De acuerdo con diversos autores que nos describen qué es un sismo, podemos decir: La parte más superficial de la Tierra está formada por un mosaico de placas, que se desplazan muy lentamente unas respecto de otras. En este desplazamiento se produce un choque y una fricción en sus bordes, rompiéndose allí donde la deformación supera la resistencia de la roca. Debido a esta ruptura de las rocas, se genera una perturbación (ondas) que son las que constituyen el terremoto. Clásicamente, se ha interpretado el origen de los terremotos como consecuencia de la lenta, pero continua acumulación de esfuerzos, que tienden a desplazar la superficie de la tierra en sentidos opuestos, y deforma la roca hasta que se supera su resistencia, en cuyo caso se rompe y libera la energía acumulada (con violencia), en forma de ondas, y además se desplaza una parte de ella respecto de la otra, formándose una discontinuidad entre ambos bloques o falla. El estado actual de la sismología no permite aún predecir cuándo ocurrirá un terremoto, pero sí se sabe que seguirá ocurriendo, y se conocen cuáles son las zonas de nuestra región más peligrosas sísmicamente. Lo que sí podemos es

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mitigar sus efectos con construcciones adecuadas, medidas preventivas y actuaciones prudentes y protectoras. Consecuentemente, es necesario tomar conciencia de la peligrosidad de los terremotos y prever un conjunto de medidas para prevenir sus efectos destructores. Está comprobado que la aplicación de medidas de prevención y autoprotección disminuyen significativamente los daños. Por esta razón resulta obligado dar a conocer una serie de recomendaciones encaminadas a la reducción de daños a personas y construcciones.

2.1.5.1. Principios urbanísticos 1) La topografía desempeña un papel muy importante a la hora de considerar el emplazamiento de una obra en zonas sísmicas; según las características de cada zona, las ondas sísmicas variarán su comportamiento. Esto es especialmente importante cuando existen materiales sueltos o de baja coherencia y extremadamente peligroso cuando concurren los tres factores siguientes: gradiente topográfico alto, materiales no consolidados y alto contenido en agua. En las cuencas sedimentarias, se producen fenómenos de amplificación, y se incrementan la amplitud y la duración del movimiento. Cuando la onda sísmica incide en una zona con sedimentos confinados se produce amplificación para unas frecuencias determinadas que coinciden con los modos propios de vibración de esa estructura sedimentaria. Este mismo fenómeno se produce cuando la onda sísmica incide en una edificación. 2) No deben considerarse como terrenos edificables aquellos que: Por tener subsuelo heterogéneo pueden inducir aceleraciones diferenciales entre distintos puntos de la cimentación del edificio. Se encuentren próximos o sobre grandes fallas naturales. Se encuentren próximos o sobre grandes taludes naturales o artificiales.

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3) La densidad de población en las zonas urbanas sísmicas debe ser lo más baja posible, con amplios espacios próximos accesibles sin que los atraviesen vías de circulación rodada, que permitan refugiarse en caso de producirse un terremoto. 4) El desarrollo de núcleos urbanos en régimen de manzanas debe realizarse a partir de construcciones absolutamente homogéneas en sistema constructivo, en altura y en uso.

2.1.5.2. Principios de diseño y constructivos Los criterios de diseño sísmico adoptados por la mayoría de los reglamentos en los países que tienen tal problema, establecen la necesidad de diseñar las estructuras para resistir sin daños los sismos de baja intensidad de ocurrencia relativamente frecuente, prevenir daños estructurales, minimizar daños no estructurales que pudieran suceder en sacudidas de intensidad media y evitar el colapso o daños serios en caso de fuertes sacudidas, pero con probabilidad de ocurrencia muy baja. Comportamiento sísmico 1) Poco peso. Se recomienda que las estructuras sean ligeras, pues las fuerzas de un terremoto surgen como consecuencia de la inercia de las masas al desplazarse, por lo que cuanto menos pesen, menores serán los efectos de los cataclismos sobre ellas. 2) Sencillez, simetría y regularidad tanto en planta como en elevación. Como la respuesta a las sacudidas sísmicas es debida a la inercia de las masas que están distribuidas en el edificio, conviene que el diseño de éste sea sencillo para que los modelos matemáticos sean realistas, pues una estructura compleja que mezcla distintos tipos de sistemas estructurales y materiales no es fácil de calcular; además, el diseño de la planta debe ser simétrico para reducir los efectos de torsión, por lo que se deben evitar las plantas en forma de l, T, y triangulares, aunque estas disposiciones sean favorables para soportar el empuje del viento.

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En construcciones de planta simétrica, la distribución de la masa influye en el cálculo si ésta es excesiva en la altura del edificio. En este caso, es recomendable prever una distribución lo más regular posible y evitar grandes masas en la parte alta de la construcción. Desde este punto de vista, la ubicación de piscinas en las terrazas es muy poco recomendable. Cuando se tiene exclusivamente muros como fachadas; todos los paños y paneles deben enlazarse correctamente a los elementos estructurales para evitar el desprendimiento de las piezas durante las sacudidas sísmicas, especialmente si se ha supuesto que la ductilidad de la construcción es alta o muy alta.

2.1.6. El ruido El ruido es un sonido no deseado. Puede ser de origen natural: viento o lluvia sobre una cubierta o una ventana; o de origen no natural: voz, música, sonidos de motores, máquinas… El sonido se traslada a través del aire, pero también puede propagarse a mediante los materiales: acero, madera, concreto, albañilería o de cualquier material rígido de construcción. Por ejemplo, el sonido de una pisada o el correr de un niño son transmitidos inmediatamente a través de una losa de concreto al aire de la habitación de abajo. La estructura puede transmitir el ruido o la vibración de una máquina sujeta a la pared o apoyada sobre el suelo. Hoy en día, un problema de las viviendas es la falta de aislamiento acústico por deficiencia de aislamiento de las particiones interiores o por el incumplimiento del aislamiento global en las fachadas. En las soluciones constructivas hay que tener en cuenta dos puntos: - Que el aislamiento acústico es función de la masa de la envolvente. - Hay que solucionar los puentes acústicos, rendijas, etcétera. - En locales de música, salas de conferencias y otros, hay que emplear materiales absorbentes. - Hay que aislar las máquinas sobre bancadas independientes de materiales elásticos o fijarlas mediante ganchos especiales, con amortiguadores.

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El diseño de los edificios tiene que cumplir los requisitos y las exigencias establecidas en la normatividad vigente, cuya finalidad es evitar que los usuarios de los edificios padezcan enfermedades o molestias causadas por el ruido.

2.1.7. El fuego En cuanto al riesgo de incendio, la función de un muro consiste en aislar del fuego al evitar la propagación de las llamas, del humo y de los gases, así como la transmisión excesiva de calor de uno a otro lado del lugar. En caso de incendio, el muro debe seguir realizando sus funciones normales de envolvente y/o soporte de carga durante el tiempo que sea necesario para proteger al edificio, a sus ocupantes y vecinos. La incidencia de un incendio sobre un edificio es mayor o menor en función del grado en que la estructura se pueda ver afectada. No se puede decir que un material estructural tiene bueno o mal comportamiento al fuego. Es necesario establecer los conceptos de: • Reacción al fuego, que es el alimento que un material proporciona al desarrollo de un incendio. • Resistencia al fuego, que es el tiempo durante el cual el material sigue cumpliendo su función. Según estos conceptos se puede decir: - El acero tiene buena reacción al fuego, ya que no se quema, y una mala resistencia, pues al calentarse pierde ésta; se dilata por el calentamiento, se retuerce porque hay partes que coartan esa dilatación y acaba cayéndose. - La madera tiene mala reacción al fuego porque se quema, y buena resistencia al fuego, ya que en un principio por la acción de las altas temperaturas pierde humedad y, por tanto, aumenta su resistencia. A medida que se va quemando la superficie exterior de la pieza, esta carbonización protege el interior de la pieza e impide que se queme porque no deja pasar el oxígeno necesario para la combustión, mientras no dure excesivamente el incendio.

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- El concreto reforzado tiene buena reacción y resistencia, aunque va disminuyendo esta última a medida que se ve sometido a altas temperaturas. Un edificio, además de la estructura contiene mucha carga de incendio: muebles, papel, alfombras, revestimientos de paredes, etc. Presenta muchas fuentes potenciales de ignición accidentales: calderas defectuosas, chimeneas mal aisladas y que arrojan chispas, conexiones eléctricas flojas, sobrecargas en los tubos eléctricos, cerillos y cigarrillos, entre otras.

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3.1. CONCEPTOS RELATIVOS

A LAS ESTRUCTURAS

En el análisis de todos los miembros de una estructura, éstos deberán diseñarse para resistir los efectos máximos de todas las cargas aplicables, para lo cual debe tenerse en cuenta las especificaciones y los reglamentos de construcción, donde se establecen la naturaleza y magnitud de las cargas a que estará sometida la estructura. Por ello, en el análisis de los miembros estructurales se deben de tener en cuenta las siguientes consideraciones, que se señalan en el Reglamento de Construcción para el Distrito Federal 2005 (Reglamento de Construcciones para el D. F., 2005): • En todo miembro estructural la resistencia esperada se expresa como un esfuerzo de tensión o de compresión, dividido por un factor de seguridad para obtener un esfuerzo permisible de trabajo. Esto obliga a diseñar el elemento estructural, de tal forma que el esfuerzo causado por la carga esperada de servicio, sea siempre igual o menor que el valor permisible. A este procedimiento se le conoce como Diseño por esfuerzo permisible o de trabajo, más comúnmente se le llama Diseño Elástico. • En todo miembro estructural, la resistencia esperada será igual o mayor que la carga de servicio especificada, proporcionándole una resistencia adecuada mediante la aplicación de los factores de carga (Fc), y el factor 37

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de reducción (Fr) especificados en el Reglamento. En este procedimiento el análisis de fuerza tiene en cuenta un efecto de comportamiento inelástico. Este procedimiento se conoce como Diseño Plástico. Para ambos procedimientos se requiere un análisis elástico, pues de proporcionar las secciones únicamente por exigencias de resistencia máxima, existe el peligro de agrietamientos y deflexiones excesivas bajo carga de servicio. La seguridad en las estructuras precisa que se tenga en cuenta todos los efectos de las cargas que especifica el reglamento y que son: 1. Acciones Permanentes. Son las que actúan en una estructura en forma crítica y cuya intensidad se considera que varía muy poco en el tiempo. 2. Acciones Variables. Son las que actúan en una estructura con una intensidad que varía en el tiempo en forma significativa. 3. Acciones Accidentales. Son las que actúan en una estructura con intensidades significativas solamente durante cortos espacios de tiempo. 1. Dentro de las acciones permanentes se pueden mencionar: 1. 1 La carga aumenta debido al peso de materiales, estructura, instalaciones, peso de equipo, etcétera. 1.2 El empuje estático de sólidos o líquidos de carácter permanente. 1.3 Los desplazamientos y deformaciones impuestos a la estructura. 2. Las acciones variables son: 2.1 La carga viva debido al peso de las personas, muebles y maquinaria no fija. 2.2 Los efectos producidos en una estructura por cambio de temperatura cuando la expansión o contracción son impedidas.

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2.3 Las deformaciones y hundimientos diferenciales que con el tiempo tengan una intensidad variable. 2.4 Los efectos de equipo y maquinaria que produzcan acciones dinámicas en la estructura debido a vibraciones, al impacto y al frenaje. 3. Las acciones accidentales son: 3.1 Sismo. Debido a las acciones dinámicas o sus equivalentes estáticos. 3.2 Viento. Las acciones estáticas y dinámicas debido al viento. 3.3 Explosiones, incendios y otras acciones que puedan ocurrir en casos extraordinarios.

3.2. LAS

FUNCIONES DE LOS MUROS

Por lo que se refiere a los muros, se puede decir que los estructurales significan una contribución efectiva en un sistema estructural, de dos maneras posibles: (Fisher, R., 1976.) • Como muros de carga, en cuyo caso se deben proyectar para soportar cargas verticales además de su propio peso. Dichas cargas se deben a los suelos, techos y quizás otros muros estructurales, además de otras cargas complementarias que los citados elementos pueden soportar. Este tipo de cargas impone unas solicitaciones de compresión directas, • y los muros de estabilización, proyectados para soportar las fuerzas horizontales o inclinadas resultantes de la presión del viento, de los temblores de tierra, de la presión del agua o de la tierra, o bien de empujes oblicuos de las formas arqueadas, y resistir tensiones de cortante y de flexión. Ejemplos de éstos, son los muros de contención, los contrafuertes y ciertos tipos de paneles que sirven de relleno para conferir rigidez a un armazón estructural.

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Para estas funciones estructurales básicas, los muros pueden tomar una o varias formas: a) Pueden consistir en bloques o ladrillos sobre mortero y dispuestos de modo que no haya continuidad de juntas en el plano, de lo contrario hay riesgo de que en dichas juntas se concentren esfuerzos, causa de grietas y de debilidad estructural (fig. 2).

Figura 2. Muros en bloques o ladrillos sin continuidad de juntas.

b) Otras están formadas por materiales homogéneos como la arcilla o el concreto, reforzados a veces con paja o acero contra las solicitaciones de tensión (fig. 3).

Figura 3. Muros de materiales homogéneos reforzados.

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c) Pueden también ser de construcción carcasa tensada, es decir, desde laminados rígidos como el contrachapado o el entablado de intemperie con bastidores de madera o de otros materiales o en forma de un relleno entre placas, como la espuma de plástico entre placas (fig. 4).

Figura 4. Muros de carcasa tensada.

Lo normal es que los muros estructurales de los edificios realicen simultáneamente la doble función de soporte de carga y estabililizadora. Esto se ve en las ilustraciones de un simple sistema estructural a base de dos losas horizontales, soportada la superior por dos muros estructurales (fig. 5).

Figura 5. Sistema simple en el que intervienen muros de carga.

Si se le aplican fuerzas horizontales, el sistema puede fallar por el desmoronamiento de los muros de apoyo debido a la falta de rigidez lateral (figs. 6a y 6b). Una estructura rígida también puede fallar por vuelco o por deslizamiento horizontal.

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Figura 6. Fallas en una estructura simple.

La estructura que aparece en la figura 6a, pertenece a los casos en que los elementos del sistema se apoyan más bien sueltos o de forma simple, como en la fabricación de ladrillos o de bloques. La figura 6b se refiere al caso de que se cree una unión rígida resistente a los momentos propios de una estructura monolítica de concreto armado. En tales circunstancias la capacidad de permanencia de la estructura depende de los momentos de resistencia frente a la flexión de los muros y de sus juntas con las losas. La capacidad de resistir fuerzas horizontales no es independiente de las cargas verticales. Por ello, los muros de contención muy cargados cumplen mejor su función que los muros descargados en igualdad de las demás condiciones. El argumento inverso también es válido. La mínima deformación debida a una carga horizontal determina unas condiciones de excentricidad y de flexión en el muro con respecto a su función de soporte de cargas verticales y, en consecuencia, aumentan las tensiones impuestas a los materiales que lo constituyen. En las condiciones de la figura 6, la inclusión de un tercer muro (Engelbert, op. cit.) no paralelo a los dos primeros, confiere más rigidez lateral al sistema según la magnitud de la componente de la fuerza horizontal que quede en el plano de cada muro.

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Figura 7. Fuerza horizontal sobre un sistema simple.

En el caso de dos muros estructurales perpendiculares (fig. 8), una fuerza horizontal obligará al sistema a girar alrededor del eje común 0-0. Cualquier muro (idem) no radialmente dispuesto desde el eje 0-0 contribuirá a estabilizar el sistema porque la fuerza actuante (o una sustancial componente de ésta) queda en el plano de (idem). Por tanto, ésta se ve sometida al esfuerzo cortante.

Figura 8. Fuerza horizontal sobre dos muros estructurales perpendiculares.

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Estos sencillos principios se aplican en las estructuras de concreto armado de varias plantas, en muros de carga de ladrillo o de bloques y también en la construcción a base de armazones reticulados con muros de relleno de ladrillo o de concreto armado (fig. 9).

Figura 9.Esquema de paneles de estructuras reticuladas.

En ambos casos, la resistencia del ladrillo o del concreto armado al esfuerzo cortante sirve para reforzar las estructuras en la dirección de los planos de los muros. De ahí reciben el nombre de muros cortantes o, en el caso de estructuras reticuladas, de paneles de cortante. En zonas expuestas a terremotos, los reglamentos de construcción suelen prever el hecho de que si bien el armazón presenta uniones resistentes a los momentos, sus muros o paneles de cierre no dejan de estar sometidos al esfuerzo cortante. Dichos muros son mucho más rígidos que los miembros y uniones de un armazón, por lo que soportan un mayor porcentaje de las cargas. Este reparto es en proporción directa a la rigidez de las partes implicadas. La resistencia de una estructura a las fuerzas horizontales también depende de la rigidez de los elementos horizontales, como suelos y techos. Cuanto más rígidos sean éstos mejor transmiten las fuerzas horizontales desde los elementos verticales menos rígidos a los más rígidos. Esto se ilustra en la figura 10, donde las fuerzas horizontales que actúan sobre el muro A son transmitidas por los suelos rígidos B y C a los muros D. A estos miembros horizontales rígidos se les llama a veces diafragmas.

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Figura 10. Resistencia de una estructura a fuerzas horizontales.

La capacidad de carga de un muro viene determinada por la resistencia del material utilizado y por su capacidad de soportar las tensiones que surjan. Los muros exteriores deberán desempeñar varias funciones: • Sostener los pisos superiores y los techos, así como las cargas superpuestas. • Evitar la penetración de la humedad. • Proporcionar un aislamiento térmico adecuado. • Proporcionar suficiente aislamiento acústico. • Ofrecer suficiente resistencia al fuego. • Tener una apariencia agradable y una distribución satisfactoria de las ventanas y las puertas.

3.3. SELECCIÓN

DE MATERIALES

Antes de elegir algunos materiales para construir casas o edificios hay que pensar en: • Como responde el material al frío o al calor, es decir, si el material ayuda a mantener su casa confortable. • Si los materiales son de la región; si hay suficiente, que no se dependa de otras personas o condiciones de fabricación y transporte —estamos hablando de los materiales básicos, claro que existen algunas cosas nuevas que vienen de afuera de la zona. • Si en la región existe la posibilidad de convertir la materia prima en materiales de construcción como madera y un taller de fabricación de tabiques.

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• Si hay en la comunidad bastante mano de obra para utilizar tal tipo de material. Por ejemplo, no se van a instalar ventanas de hierro si no hay herrero; entonces el carpintero local las hace de madera. • Cuando no hay suficiente materia local; cómo se va a traer de afuera para que no se rompa, y mientras se tiene guardado cómo evitar que se eche a perder. • Cuál es el tiempo de duración de los materiales, y si son apropiados para el clima de la región. Algunos materiales se desgastan muy rápido en un clima y duran más en otro. • Cómo es su mantenimiento. Será necesario poner mucho dinero y esfuerzo para mantener sus condiciones durante la vida de la casa. • Cómo usar un material junto a otro. Por ejemplo, un techo de material pesado sobre paredes livianas va a requerir una estructura que puede ser muy costosa. Al igual, en techo de lámina sobre muros gruesos no va a servir bien. El frío o el calor no va a entrar por las paredes, pero sí por el techo. • La persona o la familia debe comprar todos los materiales necesarios para terminar la obra, para que se pueda habitar al menos una parte de la casa. Sucede en ocasiones que la gente tiene que parar la obra porque gastaron su dinero en la compra del material tal vez menos adecuado para las condiciones del lugar.

3.4. FISURAS

Y GRIETAS EN MAMPOSTERÍA

Una grieta o fisura puede tener múltiples orígenes. A veces una simple mirada puede darnos la pista, pero en la mayoría de los casos para detectar las causas reales hay que realizar una pesquisa que requiere unir datos aislados, observaciones, comprobaciones simples o más complejas, unida al razonamiento lógico y crítico para determinar la causa del defecto. Lo más importante es tener presente que un muro como todo componente de la construcción debe ser considerado un organismo vivo que se mueve permanentemente, está expuesto a absorción, retención o evaporación de humedad, sufre variaciones dimensionales y solicitaciones estructurales de permanente variabilidad.

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Una fisura es una abertura en la superficie del muro o su revestimiento. Una grieta es una abertura que abarca todo o casi todo el espesor del muro. Una grieta en su máxima expresión pasa de lado a lado de un muro. Puede darse sobre el tabique o puede dirigirse siguiendo el camino del mortero (mezcla de asiento). Las causas pueden ser diversas y darse separadas o conjuntamente. a. Problemas de humedad. b. Problemas de estabilidad, resistencia del terreno, movimientos diferenciales, etc. Estructurales. c. Mala ejecución en obra. d. Deficiencias en el diseño. a. Problemas de humedad El muro está expuesto permanentemente a diferentes tipos de humedad. Por momentos absorbe y por momentos evapora. Esta variación en el contenido de humedad lo somete a expansiones y contracciones muy importantes que provocan cambios dimensionales, que a su vez se traducen en empujes estructurales a los elementos vecinos. El muro se calienta, y al enfriarse se contrae y se somete a un esfuerzo de tracción que provoca, en general, fisuras verticales.

Figura 11. Fisuras en muros por humedad

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Si hay anclajes entre las columnas y la pared, estas grietas aparecen a poca distancia de las columnas, si no tiene anclajes en el centro del paño. Estas fisuras verticales son contrarrestadas por el peso propio del muro. A su vez, estos esfuerzos de contracción se traducen en empujes horizontales que accionan contra los elementos a los cuales están vinculados. Este tipo de esfuerzo está más vinculado a los arriostres que pueden ceder parte de su anclaje, que en problemas en los planos de asentamiento.

Figura 12. Empuje producido por la expansión de la losa sobre las paredes.

Figura 13. Empujes en el plano del muro.

Figura 14. Fisuras típicas en cargas de muros, por expansión de losas y contrapisos de terrazas sobre los bordes.

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Este tipo de acciones es mayor en paredes que miran al norte y oeste, en el hemisferio Sur; y sur y este en el hemisferio Norte. b. Retracción hidráulica en diferentes materiales La retracción hidráulica de los bloques de cemento comprimido es de aproximadamente 0.5 mm/m, en el hormigón armado 0.2 o 0.3 mm/m, por tanto, es importante almacenarlos en obra sin exposición a la intemperie ni tratamiento térmico y utilizar morteros capaces de retener el agua. c. Problemas de estabilidad, resistencia del terreno, movimientos diferenciales, etcétera. Estructurales • Asentamientos diferenciales de cimientos. • Cargas puntuales o distribuidas. • Estados de carga muy disparejos. • Flechas de vigas y apoyos en los extremos. • Cuarteaduras en puertas, ventanas y vanos. Asentamientos diferenciales: Los cimientos sobre terreno con contenido arcilloso se expanden ante la presencia de agua siguiendo esta secuencia. La presencia de agua expande el volumen del suelo hasta una fuerza de aproximadamente 4 kg./cm2, el muro ejerce una presión hacia abajo de aproximadamente 2 kg./cm2, de manera que ante la presencia de determinada cantidad de agua podemos tener esfuerzos del terreno que empujen a la mampostería hacia arriba. A su vez existe una relación inversa entre agua y resistencia de un suelo arcilloso. A mayor expansión menor resistencia. Luego si el contenido de agua sigue aumentando, por ejemplo, por largos periodos de lluvias o pérdida de la capacidad de absorción del terreno, se pierde rápidamente volumen y el mecanismo se invierte. El fenómeno puede colocar al suelo en el límite plástico con un porcentaje de humedad de 26%. El problema más complejo lo presentan los asentamientos diferenciales que son los que más comúnmente provocan grietas. Si el alto contenido de humedad se debe a hechos puntuales como ruptura de caños,

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falta de canaleta, etc. observaremos grietas en forma de V invertida o verticales. Si hablamos de grandes paños pueden verse incluso despegue de hiladas de ladrillos en forma horizontal o de arco. Ejemplos: En estos gráficos se presenta una buena muestra de las alternativas que podemos encontrar por este fenómeno.

Figura 15. Fisuras y grietas por asentamientos diferenciales.

3.5. COMPORTAMIENTO AMBIENTAL DE LOS MUROS Las características de la edificación actual, tienen severas implicancias sobre el consumo global de energía: éste puede ser de hasta 40% del total, e implica un impacto ambiental equivalente a 22% del total de emisiones de C02. Esto obedece en gran medida a las premisas aplicadas al diseño térmico de construcciones, que frecuentemente subestiman la capacidad de almacenamiento de calor e inercia térmica provista por los elementos pasivos participantes del proceso.

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Para analizar el comportamiento ambiental de los muros que forman parte de las edificaciones se debe analizar una serie de conceptos que tienen que ver con la energía y su forma de propagación.

3.5.1. Trayectoria Solar Como el Sol es la principal fuente energética que afecta al diseño climático, es importante tener una idea de su trayectoria en las distintas estaciones del año. Si bien, la existencia de las estaciones sucede porque el eje de rotación de la Tierra no es siempre perpendicular al plano de su trayectoria de traslación con respecto al Sol, sino que forma un ángulo variable dependiendo del momento del año en que nos encontremos.

Radiación directa, difusa y reflejada La energía solar incidente en una superficie terrestre se manifiesta de tres maneras: • La radiación directa es, como su propio nombre indica, la que proviene directamente del Sol. • La radiación difusa es aquella recibida de la atmósfera como consecuencia de la dispersión de la radiación del Sol en la misma. Esta energía puede suponer aproximadamente 15% de la radiación global en los días soleados; pero en los días nublados, en los cuales la radiación directa es muy baja, la radiación difusa supone un porcentaje mucho mayor. Por otra parte, las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que “ven” toda la semiesfera celeste, mientras que las superficies verticales reciben menos porque solo “ven” la mitad de la semiesfera celeste. • La radiación reflejada es, como su propio nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Por otra parte, las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no “ven” superficie terrestre, mientras que las superficies verticales son las que más reciben.

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3.5.2. Formas de transmisión del calor Es importante tener presentes los mecanismos de transmisión del calor para comprender el comportamiento térmico de una casa. Microscópicamente, el calor es un estado de agitación molecular que se transmite de unos cuerpos a otros de tres formas: (Hinz, H., 1986). Conducción. El calor se transmite a través de la masa del propio cuerpo. La facilidad con que el calor “viaja” a través de un material lo define como conductor o como aislante térmico. Ejemplos de buenos conductores son los metales, y de buenos aislantes, los plásticos, las maderas y el aire. Éste es el fenómeno por el cual las viviendas pierden calor en invierno a través de las paredes, lo que se puede reducir colocando un material que sea aislante. El coeficiente de conducción térmica de un material es una medida de su capacidad para conducir el calor. Convección. Si consideramos un material fluido (en estado líquido o gaseoso), el calor, además de transmitirse a través del material (conducción), puede ser “transportado” por el propio movimiento del fluido. Si el movimiento del fluido se produce de forma natural, por la diferencia de temperaturas (aire caliente sube, aire frío baja), la convección es natural, y si el movimiento lo produce algún otro fenómeno (ventilador, viento), la convección es forzada.

Figura 16. Movimiento del calor por convección.

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Radiación. Todo material emite radiación electromagnética, cuya intensidad depende de la temperatura a la que se encuentre. La radiación infrarroja provoca una sensación de calor inmediata (una estufa de gas). El Sol nos aporta energía exclusivamente por radiación.

Capacidad calorífica e inercia térmica Si a un cuerpo le aportamos calor, éste eleva su temperatura. Si lo hace lentamente decimos que tiene mucha capacidad calorífica, puesto que es capaz de almacenar mucho calor por cada grado centígrado de temperatura. Las diferencias de capacidad calorífica entre el agua y el aceite, por ejemplo (mayor la primera que el segundo) es lo que hace que, en relación con el fuego, el agua tarde más en calentarse que el aceite, pero también que el agua “guarde” más el calor. Se llama calor específico de un material (en K cal/kg ºC) a la cantidad de calor que hay que suministrarle a 1 kg. para que eleve su temperatura 1 ºC. La capacidad calorífica y el almacenamiento de calor traen aparejados ciertos fenómenos. Por ejemplo: en casa, en invierno, cuando encendemos la estufa al llegar por la tarde la habitación tarda en alcanzar una temperatura agradable, y cuando la apagamos, por la noche, la temperatura de la habitación todavía es buena y no se enfría inmediatamente. Esto ocurre también en las estaciones: en el hemisferio norte, el 21 de abril (equinoccio de primavera) el Sol está en la misma posición que el 21 de septiembre (equinoccio de otoño), y sin embargo, las temperaturas son mayores en esta última fecha, por la sencilla razón de que la tierra todavía “guarda” el calor del verano, que irá perdiendo poco a poco. Esta “resistencia” de la temperatura a reaccionar inmediatamente a los aportes de calor es lo que llamamos inercia térmica. Éste es un concepto importante en las viviendas bioclimáticas: si tienen poca inercia térmica, reaccionarán rápidamente a la radiación solar, y se calentarán pronto durante el día (hablamos del invierno), pero también por la noche se enfrían más rápido: el retardo entre los aportes de calor y la temperatura alcanzada es pequeño.

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Figura 17. Variación de temperatura interior-exterior.

En cambio, en viviendas con gran inercia térmica, la radiación solar no provocará una subida rápida de la temperatura de la casa, porque el calor se está almacenando, y posteriormente se libera lentamente por la noche, por lo que no se producirá una disminución brusca de temperatura; además, las variaciones de temperatura se amortiguan, sin alcanzar valores tan extremos. Entonces, la inercia térmica en una vivienda lleva aparejado dos fenómenos: el de retardo (de la temperatura interior respecto de la temperatura exterior), y el de amortiguación (la variación interior de temperatura no es tan grande como la variación exterior).

3.6. CONFORT

TÉRMICO

Muchos tenemos la idea intuitiva de que nuestro confort térmico depende fundamentalmente de la temperatura del aire que nos rodea, y nada más lejos de la realidad. Podemos decir que nuestro cuerpo se encuentra en una situación de confort térmico cuando el ritmo en el que generamos calor es el mismo que el ritmo en el que lo perdemos para lograr la temperatura corporal normal. Esto implica que, en balance global, tenemos que perder calor permanentemente para encontrarnos bien, pero en el “ritmo” adecuado. Influyen varios factores:

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Factores que influyen en el ritmo de generación de calor Actividad física y mental. Nuestro cuerpo debe generar calor para mantener la temperatura corporal, pero también es un “subproducto” de nuestra actividad física y mental. Para una situación de reposo, el cuerpo consume unas 70 K cal/hora, frente a una situación de trabajo, donde se pueden consumir hasta 700 K cal/h para un ejercicio físico intenso. Metabolismo. Cada persona tiene su propio metabolismo y necesita sus propios ritmos para evacuar calor.

Factores que influyen en el ritmo de pérdida de calor Aislamiento natural del individuo. El tejido adiposo (grasa) y el vello, son “materiales” naturales que aíslan y reducen las pérdidas de calor. La cantidad de cada uno de ellos depende del individuo. Ropa de abrigo. La ropa de abrigo mantiene una capa de aire entre la superficie de nuestro cuerpo y el tejido que nos aísla térmicamente. Aunque la ropa de abrigo provoca una sensación de calentamiento del organismo, en realidad lo único que hace es reducir las pérdidas de calor, pues, evidentemente, no consumen energía ninguna y, por tanto, no producen calor. Como no consumen, es el mecanismo más barato energéticamente hablando para regular la temperatura del cuerpo. En nuestras pretensiones de climatización de la vivienda, debemos considerar esta solución de una manera razonable, es decir, por ejemplo, en invierno, tan exagerado sería climatizar para estar siempre en camiseta (los costos energéticos se disparan), como para estar siempre con abrigo (demasiado incómodo). Es absurdo, más que ser un símbolo de estatus, pretender tener una casa climatizada donde podamos estar en invierno en manga corta y en verano con suéter.

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Figura 18. Transmisión de calor en el cuerpo humano.

Temperatura del aire. Es el dato que siempre se maneja pero, como decíamos, no es el fundamental a la hora de alcanzar el confort térmico. Temperatura de radiación. Es un factor desconocido, pero tan importante como el anterior. Está relacionado con el calor que recibimos por radiación. Podemos estar confortables con una temperatura del aire muy baja si la temperatura de radiación es alta; por ejemplo, un día moderadamente frío de invierno, en el campo, puede ser agradable si estamos recibiendo el calor del sol de mediodía; o puede ser agradable una casa en la cual la temperatura del aire no es muy alta (15 ºC), pero las paredes están calientes (22 ºC). Esto es importante, porque suele ocurrir en las casas bioclimáticas, en donde la temperatura del aire suele ser menor que la temperatura de las paredes, suelos y techos, que pueden haber sido calentadas por el sol. Movimiento del aire. El viento aumenta las pérdidas de calor del organismo, por dos causas: por infiltración, al internarse el aire en las ropas de abrigo y “llevarse” la capa de aire que nos aísla; y por aumentar la evaporación del sudor, que es un mecanismo para eliminar calor (ver más adelante “calor de vaporización”).

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Humedad del aire. La humedad incide en la capacidad de transpiración que tiene el organismo, mecanismo por el cual se elimina el calor. A mayor humedad, menor transpiración. Por eso es más llevadero un calor seco que un calor húmedo. Un valor cuantitativo importante es la humedad relativa, que es el porcentaje de humedad que tiene el aire respecto del máximo que admitiría. La humedad relativa cambia con la temperatura por la sencilla razón de que la máxima humedad que admite el aire cambia con ella.

3.7. EFECTO

INVERNADERO

Es el fenómeno por el cual la radiación entra en un espacio y queda atrapada, calentando ese espacio. Se llama así porque es el efecto que ocurre en un invernadero, que es un espacio cerrado por un acristalado. El vidrio se comporta de una manera curiosa ante la radiación: es transparente a la radiación visible (por eso vemos a través de éste), pero opaco ante radiación de mayor longitud de onda (radiación infrarroja). Cuando los rayos del sol entran en un invernadero, la radiación es absorbida por los objetos de su interior, que se calientan, y emiten radiación infrarroja, que no puede escapar, pues el vidrio es opaco.

Figura 19. Efecto invernadero en una vivienda.

El efecto invernadero es el fenómeno utilizado en las casas bioclimáticas para captar y mantener el calor del sol.

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Fenómenos convectivos naturales Como ya dijimos, la convección es un fenómeno por el cual el aire caliente tiende a ascender o el frío a descender. Es posible utilizar la radiación solar para calentar aire de tal manera que, al subir escape al exterior, y tiene que ser sustituido por aire más frío, lo cual produce una renovación de aire que se denomina ventilación convectiva. El dispositivo que provoca este fenómeno se denomina chimenea solar. En un espacio cerrado, el aire caliente tiende a situarse en la parte de arriba y el frío en la de abajo. Si este espacio es amplio en altura, la diferencia de temperaturas entre la parte alta y la parte baja puede ser apreciable. Este fenómeno se denomina estratificación térmica. Dos habitaciones colocadas a diferentes alturas, pero comunicadas entre sí, participan de este fenómeno, y la habitación alta estará siempre más cálida que la baja.

Figura 20. Fenómenos convectivos naturales en una vivienda.

Calor de vaporización. Cuando un cuerpo pasa de estado líquido a gaseoso necesita absorber una cantidad de calor que se denomina calor de vaporización. Entonces, el agua al evaporarse necesita calor, que adquiere de su entorno inmediato, y lo enfría. Por eso, los lugares donde hay agua están más frescos. Las plantas están transpirando continuamente, eliminan agua en forma de vapor. Así, los lugares donde hay plantas están también más frescos.

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El agua de un cántaro permanece fresca no obstante que haga calor, gracias a que el barro de que está hecho es permeable al vapor de agua, y permite la evaporación de parte del agua interior, que refresca la masa de agua restante. Efecto climático del suelo. El suelo tiene mucha inercia térmica (ya explicamos lo que es esto), lo que amortigua y retarda las variaciones de temperatura, entre el día y la noche, e incluso entre estaciones. La amortiguación de temperatura que se produce depende de la profundidad y del tipo de suelo. Para amortiguar las variaciones día- noche el espesor debe ser de 20-30 cm; para amortiguar las variaciones entre días de distintas temperaturas, el espesor debe ser de 80 a 200 cm, y para amortiguar variaciones invierno-verano, ser requieren espesores de 6-12 m.

Figura 21. Efecto climático del suelo.

Aunque en la práctica no sean factible grandes profundidades en enterramientos de viviendas, sí han surgido proyectos de viviendas semienterradas para tratar de aprovechar esta capacidad de amortiguamiento del suelo.

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Pérdida de calor en viviendas (invierno) Ya hemos hablado de los tres mecanismos de transmisión del calor. En una vivienda, los tres funcionan para producir pérdidas de calor. En el interior de la casa, el calor se transmite entre los paramentos (muros, techos y suelos) principalmente por radiación, y entre los paramentos y el aire interior principalmente por convección. El calor “viaja” a través de los paramentos por conducción, hasta alcanzar el exterior de la casa, donde se disipa por convección y radiación. Para reducir las pérdidas de calor, se actúa principalmente sobre el fenómeno de conducción a través de los paramentos, intercalando una capa de material térmicamente aislante. Hay que cuidar los llamados puentes térmicos, que son lugares de refuerzo o juntas de los paramentos que pueden estar construidos con materiales diferentes al resto, existiendo una discontinuidad de la capa aislante. Estos lugares pueden convertirse en vías rápidas de escape del calor. Sin embargo existe otra causa de pérdida de calor: la ventilación. Para que una casa sea salubre necesita un ritmo adecuado de renovación de aire. Si esta renovación se realiza con el aire exterior, estamos perdiendo aire caliente e introduciendo aire frío. Hay que llegar a un compromiso entre la ventilación que necesitamos y las pérdidas de calor que podemos admitir, a no ser que se “precaliente” el aire exterior de alguna manera.

Figura 22. Pérdida de calor en viviendas por ventilación.

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Pero, aunque reduzcamos la ventilación al mínimo, una baja estanqueidad de la casa puede forzar la ventilación aunque no queramos, especialmente en días ventosos: las infiltraciones. Por ello, es importante reducir al máximo este fenómeno, cuidando especialmente las juntas de cierre de puertas y ventanas. Aunque se reduzca la ventilación y las infiltraciones al mínimo, cuando hay viento, la convección forzada, fenómeno del cual ya hablamos, propicia que el calor transmitido del interior al exterior de la casa se disipe mucho más rápidamente en el paramento exterior. La única manera de disminuir este fenómeno es evitando que el viento golpee la casa; bien eligiendo una ubicación donde la casa esté protegida de los vientos dominantes de invierno, bien estableciendo barreras naturales mediante la vegetación.

3.8. FACTORES

AMBIENTALES

Los factores ambientales que se deben considerar para la proyección y la construcción de edificaciones son:

Microclima El comportamiento climático de una casa no sólo depende de su diseño, también es afectado por su ubicación: la existencia de accidentes naturales, como montes, ríos, pantanos, vegetación; o artificiales, como edificios próximos, etc., crean un microclima que afecta al viento, la humedad, y la radiación solar que recibe la casa. Al construir una casa bioclimática, el primer estudio tiene que dedicarse a las condiciones climáticas de la región y, después, a las condiciones microclimáticas de la ubicación concreta.

Ubicación La ubicación determina las condiciones climáticas con las que la vivienda tiene que “relacionarse”. Podemos hablar de condiciones macroclimáticas y microclimáticas.

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Las condiciones macroclimáticas son consecuencia de la pertenencia a una latitud y región determinada. Los datos más importantes que las definen son: • • • •

Las temperaturas medias, máximas y mínimas. La pluviometría. La radiación solar incidente. La dirección del viento dominante y su velocidad media.

Las condiciones microclimáticas son consecuencia de la existencia de accidentes geográficos locales que pueden modificar las anteriores condiciones de forma significativa. Es menester tener en cuenta: • La pendiente del terreno, por cuanto determina una orientación predominante de la vivienda. • La existencia cercana de elevaciones, que pueden influir como barrera frente al viento o frente a la radiación solar. • La existencia de masas de agua cercanas, que reducen las variaciones bruscas de temperatura e incrementan la humedad ambiente. • La existencia de masas boscosas cercanas. • La existencia de edificios. La elección de la ubicación de la vivienda, si ello es posible, es una decisión muy importante en el proceso de diseño bioclimático, si acaso tan relevante como el diseño de la vivienda. Además de seleccionar la ubicación más adecuada, debemos tener en cuenta que siempre es posible actuar sobre el entorno (añadiendo o quitando vegetación o agua, por ejemplo), para modificar las condiciones microclimáticas. Es lo que llamamos corrección del entorno.

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Figura 23. Selección de la ubicación de la vivienda.

Forma y orientación La forma de la casa influye sobre: • La superficie de contacto entre la vivienda y el exterior, lo cual influye en las pérdidas o ganancias caloríficas. Normalmente se desea un buen aislamiento, para lo cual, además de utilizar los materiales adecuados, la superficie de contacto tiene que ser lo más pequeña posible. Para un determinado volumen interior, una forma compacta (como el cubo), sin entrantes ni salientes, es la que determina la superficie de contacto más pequeña. La existencia de patios, alas, etc. incrementan esta superficie. • La resistencia frente al viento. La altura, por ejemplo, es determinante: una casa alta siempre ofrece mayor resistencia que una casa baja. Esto es bueno en verano, puesto que incrementa la ventilación, pero malo en invierno, cuando se incrementan las infiltraciones. La forma del tejado y la existencia de salientes diversos, por ejemplo, también influyen en conseguir una casa más o menos “aerodinámica”. Si se consideran las direcciones de los vientos predominantes, tanto en invierno como en verano es posible llegar a una situación de compromiso que disminuya las infiltraciones en invierno e incremente la ventilación en verano.

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Figura 24. Resistencia de un a vivienda frente al viento.

La orientación de la casa influye sobre: • La captación solar. Normalmente interesa captar cuanta más energía mejor, porque es nuestra fuente de climatización en invierno (en verano utilizaremos sombreamientos y otras técnicas para evitar la radiación). En las latitudes en que nos encontramos, conviene orientar siempre nuestra superficie de captación (acristalado) hacia el sur. La forma ideal es una casa compacta y alargada, es decir, de planta rectangular, cuyo lado mayor va de este a oeste, y en el cual se encontrarán la mayor parte de los dispositivos de captación (fachada sur), y cuyo lado menor va de norte a sur. Hay que reducir la existencia de ventanas en las fachadas norte, este y oeste, puesto que no son muy útiles para la captación solar en invierno (aunque pueden serlo para ventilación e iluminación) y, sin embargo, se producen muchas pérdidas de calor a través de ellas.

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• La influencia de los vientos dominantes sobre la ventilación y las infiltraciones.

Figura 25. Orientación de la vivienda.

Captación solar pasiva La energía solar es la fuente principal de energía de climatización en una vivienda bioclimática. Su captación se realiza aprovechando el propio diseño de la vivienda, y sin necesidad de utilizar sistemas mecánicos. La captación hace uso del llamado efecto invernadero, según el cual la radiación penetra a través del vidrio y calienta los materiales dispuestos detrás de éste; el vidrio no deja escapar la radiación infrarroja emitida por estos materiales, por lo cual queda confinada entonces en el recinto interior. Los materiales calentados por la energía solar guardan este calor y lo liberan posteriormente, atendiendo a un retardo que depende de su inercia térmica. Para un mayor rendimiento, es aconsejable disponer de sistemas de aislamiento móviles (persianas, contraventanas, etc.) que se puedan cerrar por la noche para evitar pérdidas de calor por conducción y convección a través del vidrio.

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Figura 26. Captación solar pasiva.

Los sistemas de captación pueden ser definidos por dos parámetros: rendimiento, o fracción de energía realmente aprovechada respecto de la que incide, y retardo, o tiempo que transcurre mientras la energía es almacenada y liberada. Hay varios tipos de sistemas: • Sistemas directos. El sol penetra directamente a través del acristalamiento en el interior del recinto. Es importante prever la existencia de masas térmicas de acumulación de calor en los lugares (suelo y paredes) donde incide la radiación. Son los sistemas de mayor rendimiento y de menor retardo. • Sistemas semidirectos. Utilizan un adosado o invernadero como espacio intermedio entre el exterior y el interior. La energía acumulada en este espacio intermedio se hace pasar a voluntad en el interior a través de un cerramiento móvil. El espacio intermedio puede utilizarse también, a ciertas horas del día, como espacio habitable. El rendimiento de este sistema es menor que el anterior, mientras que su retardo es mayor. • Sistemas indirectos. La captación la realiza directamente un elemento de almacenamiento dispuesto inmediatamente detrás del cristal (a unos pocos centímetros). El interior de la vivienda se encuentra anexo a éste. El calor almacenado pasa al interior por conducción, convección y radia-

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ción. El elemento de almacenamiento puede ser un paramento de material de alta capacidad calorífica: bidones de agua, lecho de piedras, etc., y puede ser una de las paredes de la habitación, el techo, o el suelo. Un caso particular es el llamado muro trombe, en el cual, además, se abren unos registros ajustables en la parte superior y en la inferior para que se cree una transferencia de calor por conducción a voluntad. El rendimiento de estos sistemas es también menor que el del sistema directo, y presentan unos retardos muy grandes.

Figura 27. Captación solar pasiva por sistemas indirectos.

En el diseño de estos sistemas es importante considerar: • La existencia de suficiente masa térmica para la acumulación del calor dispuesta en las zonas de incidencia de radiación. • La existencia de cerramientos móviles para aislamiento. • La orientación, obstáculos y sombreamientos de los espacios de captación, de tal manera que se maximice la captación de energía en invierno y

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se minimice la de verano. Repetimos que lo óptimo es la orientación al sur de los sistemas de captación, o con una desviación de hasta 30 grados.

3.9. AISLAMIENTO Y MASA TÉRMICA La masa térmica causa un desfase entre los aportes de calor y el incremento de la temperatura. Funciona a distintos niveles. En ciclo diario, en el invierno la masa térmica estratégicamente colocada almacena el calor solar durante el día para liberarlo por la noche, y durante el verano realiza la misma función, sólo que el calor que almacena durante el día es el de la casa (la mantiene fresca), y lo libera por la noche, evacuándose mediante la ventilación. En ciclo interdiario, la masa térmica es capaz de mantener determinadas condiciones térmicas durante algunos días, una vez que éstas han cesado: por ejemplo, es capaz de guardar el calor de días soleados de invierno durante algunos días nublados. En ciclo anual, se guarda el calor del verano para el invierno y el fresco del invierno para el verano (sólo una ingente masa térmica como el suelo es capaz de realizar algo así).

Figura 28. Aislamiento y masa térmica.

La vivienda con elevada masa térmica mantiene una temperatura sin variaciones bruscas, relativamente estable frente a las condiciones externas. El

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objetivo es conseguir que, mediante un buen diseño bioclimático esta temperatura sea agradable. La masa térmica elevada no es aconsejable en viviendas ocasionales (viviendas de fin de semana, por ejemplo), cuyas condiciones de temperatura son irrelevantes excepto cuando se ocupan, momentos en los que se requiere calentarlas o enfriarlas rápidamente. Y rapidez y masa térmica están reñidas, por el desfase del que ya hablamos. En general, materiales de construcción pesados pueden actuar como una eficaz masa térmica: los muros, suelos o techos gruesos, de piedra, hormigón o ladrillo, son buenos en este sentido. Colocados estratégicamente para recibir la radiación solar tras un cristal, funcionan fundamentalmente en ciclo diario, pero repartidos adecuadamente por toda la casa, funcionan en ciclo interdiario. Si la casa está enterrada o semienterrada, la masa térmica del suelo ayudará también a la amortiguación de oscilaciones térmicas, en un ciclo largo. El aislamiento térmico dificulta el paso de calor por conducción del interior al exterior de la vivienda y viceversa. Por ello es eficaz tanto en invierno como en verano. Una forma de conseguirlo es utilizar recubrimientos de materiales muy aislantes, como espumas y plásticos. No conviene exagerar con este tipo de aislamiento, puesto que existe otra importante causa de pérdida de calor: las infiltraciones. De nada serviría tener una casa “superaislada”, si no se ha cuidado este otro factor. De todas maneras, aunque se quieran reducir al máximo las infiltraciones, siempre es necesario un mínimo de ventilación por cuestiones higiénicas, lo que supone un mínimo de pérdidas caloríficas por tener en cuenta. Para volver eficaz el aislamiento, también es necesario reducir al máximo los puentes térmicos. En cuanto a la colocación del aislamiento, lo ideal es hacerlo por fuera de la masa térmica, es decir, como recubrimiento exterior de los muros, techos y suelos, de tal manera que la masa térmica actúe como acumulador eficaz en el interior, y bien aislado del exterior. También es importante aislar los acristalamientos. Durante el día actúan eficazmente en la captación de la radiación solar para obtener luz y calor, pero por las noches se convierten en sumideros de calor hacia el exterior por conducción y convección (no por radiación, pues el cristal es opaco al infrarrojo).

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Un doble acristalado reduce las pérdidas de calor, aunque también reduce algo la transparencia frente a la radiación solar durante el día. De cualquier manera, nada tan eficaz como aislamientos móviles (contraventanas, persianas, paneles y cortinas) que se usen durante la noche y se quiten durante el día. En verano, estos elementos pueden impedir durante el día la penetración de la radiación solar.

Figura 29. Variación de temperatura con y sin aislamiento.

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3.9.1. Ventilación En una vivienda bioclimática la ventilación es importante, y tiene varios usos: • Renovación del aire, para mantener las condiciones higiénicas. Un mínimo de ventilación es siempre necesario. • Incrementar el confort térmico en verano, puesto que el movimiento del aire acelera la disipación de calor del cuerpo humano. • Climatización. El aire en movimiento puede llevarse el calor acumulado en muros, techos y suelos por el fenómeno de convección. Para ello, la temperatura del aire debe ser lo más baja posible. Esto es útil especialmente en las noches de verano, cuando el aire es más fresco. • Infiltraciones. Es el nombre que se le da a la ventilación no deseada. En invierno, pueden suponer una importante pérdida de calor. Es necesario reducirlas al mínimo.

Figura 30. Usos de la ventilación en la vivienda.

Existen diferentes formas para ventilar: • Ventilación natural. Es la que ocurre cuando el viento crea corrientes de aire en la casa al abrir las ventanas. Para que la ventilación sea lo más

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eficaz posible, las ventanas deben colocarse en fachadas opuestas, sin obstáculos entre ellas, y en fachadas que sean transversales a la dirección de los vientos dominantes. En días calurosos de verano, es eficaz ventilar durante la noche y cerrar durante el día. • Ventilación convectiva. Sucede cuando el aire caliente asciende, y es remplazado por aire más frío. Durante el día, en una vivienda bioclimática se pueden crear corrientes de aire aunque no haya viento, produciendo aperturas en las partes altas de la casa, por donde pueda salir el aire caliente. Si en estas partes altas se coloca algún dispositivo que caliente el aire de forma adicional mediante radiación solar (chimenea solar), el aire saldrá aún con más fuerza. Es importante prever de donde provendrá el aire de sustitución y a qué ritmo debe ventilarse. Una ventilación convectiva que introduzca como aire renovado aire caliente del exterior será poco eficaz. Por eso, el aire de renovación puede provenir, por ejemplo, de un patio fresco, de un sótano, o de tubos enterrados en el suelo. Nunca se debe ventilar a un ritmo demasiado rápido, que consuma el aire fresco de renovación y anule la capacidad que tienen los dispositivos anteriores de refrescar el aire. En este caso es necesario frenar el ritmo de renovación o incluso detenerlo, y esperar la noche para ventilar de forma natural. • Ventilación convectiva en desván. Un porcentaje importante de pérdidas de calor en invierno y ganancias de calor en verano ocurre a través del tejado de la vivienda. Disponer de un espacio tapón entre el último piso de la vivienda y el tejado (un desván) reducirá de forma importante esta transferencia de calor (ver discusión sobre el desván en espacios tapón. En verano, es conveniente que el desván esté autoventilado por convección. Es normal que este lugar se convierta en un horno donde el aire alcance una temperatura mayor que el aire exterior; si se abren registros en su parte alta y en su parte baja, es posible dejar escapar este aire caliente, que será renovado por aire exterior. En invierno, estos registros deben estar cerrados. Es importante diseñar el desván para que esta corriente de aire no sea obstruida.

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Figura 31. Autoventilación del desván por convección.

• Pérdidas por ventilación en invierno. Ya se dijo que, siempre debemos reducir al mínimo las pérdidas de calor por infiltraciones. Éstas serán importantes especialmente en los días ventosos. Sin embargo, un mínimo de ventilación es necesaria para la higiene de la vivienda, especialmente en ciertos espacios. En la cocina, por ejemplo, es necesaria una salida de humos o para el calentador de gas, o registros de seguridad para la instalación de gas, o ventilar para eliminar los olores de la cocina. En el baño también es necesario ventilar por los malos olores. La pérdida de calor se verifica porque el aire viciado que sale es caliente, y el puro que entra es frío. Ciertas estrategias pueden servir para disminuir estas pérdidas, como colocar los espacios necesitados de ventilación en la periferia de la casa, o tener la mayor parte de la instalación de gas en el exterior, o disponer de un electroventilador para forzar la ventilación sólo cuando sea necesario, etcétera • Fachada ventilada. En ella existe una delgada cámara de aire abierta en ambos extremos, separada del exterior por una lámina de material. Cuando el sol calienta la lámina exterior, ésta calienta a su vez el aire del interior, y causa un movimiento convectivo ascendente que ventila la fachada, y previene un calentamiento excesivo. En invierno, esta cámara de aire, aunque abierta, también ayuda en el aislamiento térmico del edificio.

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Figura 32. Fachada ventilada.

3.9.2. Aprovechamiento climático del suelo La elevada inercia térmica del suelo produce que las oscilaciones térmicas del exterior se amortigüen cada vez más según la profundidad. A una determinada profundidad, la temperatura permanece constante (por eso el aire del interior de las cuevas permanece a una temperatura casi constante e independiente de la temperatura exterior). La temperatura del suelo suele ser tal que es menor que la temperatura exterior en verano, y mayor que la exterior en invierno, con lo que siempre se agradece su influencia. Además de la inercia térmica, una capa de tierra puede actuar como aislante adicional. Las cuevas siempre fueron utilizadas como protección frente a las inclemencias del tiempo; los sótanos han sido conocidos siempre por su frescor del verano, pero las dos grandes desventajas del enterramiento: la ausencia de luz y la alta humedad relativa, han hecho que cualquier idea de habitar bajo suelo sea infravalorada. Sin embargo, nuevos diseños pretenden aprovechar los efectos climáticos del suelo sin suponer una merma de iluminación y controlando la humedad. Una idea interesante puede ser que ciertas fachadas de la casa estén enterradas o semienterradas. Por ejemplo, una casa en una pendiente orientada al sur se puede construir de tal manera que la fachada norte esté parcialmente enterrada,

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o enterrarla totalmente e incluso echar una capa de tierra sobre el techo (que será plano). La luz entrará por la fachada sur y, si fuera necesario, se pueden abrir claraboyas para la iluminación de las habitaciones más interiores. También, se puede enterrar parte de la fachada norte, pero no en su totalidad, de tal manera que se puedan abrir algunas ventanas para permitir la ventilación cruzada norte-sur en verano. Tampoco es conveniente la idea de echar una capa de tierra sobre el tejado, lo que supone reforzar la estructura de la casa para aguantar este peso, es preferible que el techo no sea plano. Para aprovechar la temperatura del suelo, se pueden enterrar tubos de aire (cuanto más profundos mejor), de tal manera que este aire acaba teniendo la temperatura del suelo. Se puede introducir en la casa bombeándolo con ventiladores o por convección.

3.9.3. Espacios tapón Son espacios adosados a la vivienda, de baja utilización, que térmicamente actúan de aislantes o “tapones” entre la vivienda y el exterior. El confort térmico en estos espacios no está asegurado, puesto que, al no formar parte de la vivienda (el recubrimiento aislante no los incluirá), no disfrutarán de las técnicas adecuadas de climatización, pero como son de baja utilización tampoco importan mucho. Pueden ser espacios tapón el estacionamiento, el invernadero y el desván... Este último es importante que exista. La colocación adecuada de estos espacios puede acarrear beneficios climáticos para la vivienda. • El estacionamiento. No importa mucho que en éste haga frío o haga calor, a menos que allí se disponga de un pequeño taller muy frecuentado. En este caso, debido a la mayor actividad física por los trabajos propios del taller, no importará que haga un poco más de frío que en el resto de la casa en invierno, pero sí importará el calor. Cada uno debe evaluar para qué va a utilizar este espacio. Para aprovechar su aislamiento, se puede colocar en la fachada norte (más fría en invierno), o en la fachada oeste (donde el sol del atardecer de verano castiga de forma especial).

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• El desván. La tentación de tener un espacio abuhardillado donde estudiar, dormir, etc. es muy intensa. Hay casos en que, al aprovechar el desván como segundo piso de una casa típica de pueblo, se ven obligados a instalar aire acondicionado cuando hasta entonces no lo había necesitado. Por eso, se aconseja que la buhardilla sea un espacio de baja ocupación (trastero, observatorio, etc.) sin aislamiento (éste deberá colocarse bajo el suelo de aquélla), que funcione como espacio tapón. Habrá unos registros de ventilación en la parte alta y en la parte baja. En invierno los registros estarán cerrados, y la buhardilla disminuirá de forma importante las pérdidas de calor a través del techo. En verano, los registros se abrirán para que la convección forzada refresque este espacio, y evite que se convierta en un horno y proteja al resto de la casa del calor del tejado.

Figura 33. Ventilación en el desván.

3.9.4. Protección contra la radiación de verano Es evidente que en verano hay que reducir las ganancias caloríficas al mínimo. Ciertas técnicas utilizadas para el invierno (aislamiento, espacios tapón) contribuyen con igual eficacia para el verano. Otras técnicas, como la ventilación, ayudan casi exclusivamente en verano. Sin embargo, los sistemas de captación solar pasiva, tan útiles en invierno, son ahora perjudiciales, por cuanto es necesario impedir la penetración de la radiación solar, en vez de captarla.

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Figura 34. Protección contra la radiación de verano.

Por fortuna, en verano el sol está más alto que en invierno, lo cual dificulta su penetración en las cristaleras orientadas al sur. La utilización de un alero o tejadillo sobre la cristalera dificulta aún más la penetración de la radiación directa, y afecta poco a la penetración invernal. También el propio comportamiento del vidrio nos beneficia, porque con ángulos de incidencia de la radiación más oblicuos, el coeficiente de transmisión es menor. A pesar de estos beneficios, contamos con tres inconvenientes: • El solsticio de verano (21 de junio) no coincide exactamente con los días más calurosos del verano (en México los días más calurosos son en primavera). Esto significa que, cuando llega el calor fuerte el sol ya está algo más bajo en el cielo y puede penetrar mejor por la cristalera sur. • El día tiene mayor duración (hay más horas de sol) y los días son más despejados que en el invierno • Aunque evitemos la llegada de la radiación directa, hay que considerar también la radiación difusa y reflejada, lo que puede suponer ganancias caloríficas apreciables.

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Figura 35. Ángulos de incidencia de la radiación.

Para hacerse una idea, hemos estimado que la radiación recibida por una fachada sur en Tlaxcala es de 2.43 Kwh/m2 en enero y de 4.56 Kwh/m2 en agosto, por término medio. Esto significa que necesitamos dispositivos que impidan a esta radiación llegar hasta nuestra cristalera. Algunos de estos dispositivos son: • Alero fijo, con unas dimensiones adecuadas que impidan algo la penetración solar en verano y no estorben mucho en invierno. Para hacerse una idea, un tejadillo situado a 0.5 m por encima de la cristalera, y con 1.3 m de anchura, en Tlaxcala, si la cristalera tiene 2 m de alto, hace que la radiación solar incidente sea de 2.24 Kwh/m2 en enero (8% menor que sin alero) y de 2.71 Kwh/m2 en agosto (41% menor), en promedio. • Toldos y otros dispositivos externos, cuya ventaja es que son ajustables a las condiciones requeridas. • Alero con vegetación de hoja caduca. Debe ser más largo que el alero fijo y con un enrejado que deje penetrar la luz. Tiene la ventaja de que las hojas se caen en invierno, dejando pasar la luz a través del enrejado, mientras que en verano las hojas lo vuelven opaco. El ciclo vital de las plantas de hoja caduca coincide mejor con el verano real que con el solsticio de verano; así, no tenemos el inconveniente que comentábamos con el alero fijo.

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• Persianas exteriores. Las persianas enrollables sirven perfectamente para interceptar la radiación. • Contraventanas. Son más efectivas, pero quizá bloquean demasiado la luz • Árboles. Podemos utilizar varias estrategias. Por una parte, cualquier tipo de árbol, colocado cerca de la zona sur de la fachada, refrescará el ambiente por evapotranspiración. Por otra parte, podemos buscar que el árbol sombree la fachada sur e incluso parte del tejado, si es suficientemente alto, pero debemos evitar que su sombra nos afecte en invierno. Para conseguirlo, si el árbol es bastante alto y está suficientemente cerca, en invierno, al estar el sol más bajo, la única sombra que se proyectará sobre la fachada sur será la del tronco, mientras que en verano será la sombra de la copa del árbol la que se proyecte sobre la fachada sur y parte del tejado. Por otra parte, un árbol de hoja caduca nos da mayor flexibilidad en cuanto a su posición relativa respecto de la casa, porque en invierno nunca podrá proyectar la sombra de una copa maciza.

Figura 36. Los árboles como protección de la radiación.

Algunas de las técnicas anteriores son válidas en general para proteger también muros y no sólo cristaleras, aunque quizá las mejores técnicas en este caso sean disponer plantas trepadoras sobre los muros y utilizar colores poco absorbentes de la luz solar (colores claros, en especial blanco). Los espacios tapón también protegen eficazmente (desván y estacionamiento).

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Las fachadas este (al amanecer) y oeste (al atardecer), así como la cubierta (durante todo el día), también están expuestas a una radiación intensa en verano. Se procurará que en estas zonas haya pocas aberturas (ventanas y claraboyas), o que sean pequeñas, puesto que no tienen utilidad para ganancia solar invernal, aunque se les puede necesitar para ventilación o iluminación.

3.9.5. Sistemas evaporativos de refrigeración La evaporación de agua refresca el ambiente. Si utilizamos la energía solar para evaporar agua, paradójicamente estaremos utilizando el calor para refrigerar. Hay que tener en cuenta que la vegetación durante el día transpira agua, y refresca también el ambiente. Varias ideas son practicables. En un patio, una fuente refrescará esta zona que, a su vez, puede refrescar las estancias colindantes. El efecto será mejor si hay vegetación. La existencia de vegetación y/o pequeños estanques alrededor de la casa, especialmente en la fachada sur, mejorará también el ambiente en verano. Sin embargo hay que considerar dos cosas: por una parte, un exceso de vegetación puede crear un exceso de humedad que, combinado con el calor disminuirá la sensación de confort, por otra, en invierno habrá también algo más de humedad. De cualquier manera, en climas calurosos suele ser conveniente casi siempre el uso de esta técnica. El riego esporádico alrededor de la casa, o la pulverización de agua sobre fachadas y tejado, también refrescará la casa y el ambiente.

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UTILIZACIÓN DE LADRILLOS Y BLOQUES

Los muros deben tener suficiente espesor para que los esfuerzos se mantengan dentro de los límites permisibles de los esfuerzos de compresión en los materiales del muro, por ejemplo los ladrillos y el mortero. (Fisher, op. cit.) La tensión directa sobre un muro de carga, en general, se expresa por la relación: Carga total sobre el muro ——————————————— Superficie total en planta del muro Si el muro es homogéneo, sin aberturas y la carga es uniformemente distribuida sobre las superficies de apoyo y cuando el propio muro también está apoyado uniformemente, en ausencia de fuerzas horizontales (presión del viento, de la tierra o del agua) la tensión vertical en cualquier plano horizontal es uniforme. (fig. 37).

Figura 37. Distribución uniforme de tensiones en cualquier plano horizontal. 81

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No obstante, en la práctica casi todos los muros están sometidos a concentraciones de esfuerzos debidos a la presencia de huecos de puertas y ventanas, cargas puntuales de columnas o de extremos de vigas o a veces, apoyos puntuales como los de las columnas que soportan el muro (fig. 38).

Figura 38. Distribución de tensiones no uniformemente repartidas.

De modo análogo, pueden surgir concentraciones de esfuerzos por el hecho de la excentricidad de las cargas (fig. 39).

Figura 39. Tensión no uniforme por desplazamiento de las cargas respecto del eje.

Así, la capacidad de carga de un muro viene determinada por la resistencia del material utilizado y por su capacidad de resistir las tensiones que surjan.

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Con casi todos los materiales utilizados en muros, el grosor necesario para satisfacer las condiciones de control ambiental es tal, que las tensiones debidas a la carga estructural son considerablemente menores que las admitidas por los reglamentos. No obstante, en algunos edificios grandes, puede ser necesario recurrir a espesores y otras dimensiones determinados por los reglamentos y normas de construcción, a fin de satisfacer los requerimientos estructurales.

4.1. RESISTENCIA

ESTRUCTURAL

En México existen leyes reglamentarias para el proyecto de muros. Todos los reglamentos dan reglas empíricas para determinar las dimensiones de los elementos estructurales. Según ellos, los materiales deben presentar ciertas resistencias mínimas a la compresión para que sea aceptado su uso y se establecen grosores mínimos de muros para ciertas alturas y longitudes. (Reglamento de construcciones…, op. cit.) En dichos reglamentos no se presta atención particular a las fuerzas horizontales ni a las variaciones de tensión por excentricidad de la carga, ni a la variedad de materiales en uso. Así, para poder prescindir de tal complejidad, las reglas extreman las precauciones y, en ciertos casos de aplicación los grosores requeridos resultan excesivos. Cabe recurrir a las recomendaciones de la práctica que se tiene en conjunto de todas estas leyes y reglamentos y se establecen de la manera siguiente: 1. Se tabulan ciertas tensiones de compresión básicas para el muro considerado en conjunto y para las resistencias al aplastamiento conocidas de cada material que se utiliza (cuadro 1). 2. Dichas tensiones básicas pueden aumentarse a fin de tener en cuenta la forma de los elementos con los que se construye el muro. Por ejemplo, se sabe que la resistencia de los muros a base de bloques aumenta con la altura relación altura-grosor del bloque hasta ciertos límites (cuadro 2). 3. Las tensiones básicas no se pueden reducir en un determinado factor (en el caso de muros corrientes o de mampostería armada), si la superficie en planta del muro es menor de 0.32 m2.

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4. La altura (o longitud) efectiva y el grosor de la pared se determinan de acuerdo con ciertas reglas. Se calcula la relación de esbeltez como sigue: Altura efectiva (o longitud, si ésta es menor) ———————————————————— Espesor efectivo 5. A medida que aumenta la altura o la longitud de un muro, la carga que las debilite disminuye netamente. Así, para elevadas relaciones de esbeltez, se deben reducir las tensiones admisibles. Con dichas tensiones reducidas también debe tenerse en cuenta la carga excéntrica. Por tanto, la relación de esbeltez junto con el grado de excentricidad sirven para reducir aún más las tensiones básicas admitidas (cuadro 3). 6. En consecuencia, a partir de una carga de proyecto y de unos materiales propuestos, se puede comprobar que no se superan las tensiones legalmente admitidas para un muro cualquiera. Cuadro 1. Tensiones de compresión básicas para miembros de ladrillos o bloques

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Cuadro 2. Relación altura espesor de ladrillos y bloques

Cuadro 3. Factor de reducción por esbeltez

4.2. RESISTENCIA

A LA HUMEDAD

Normalmente los métodos convencionales de edificación con materiales porosos bastan para conseguir una protección contra la intemperie. Con materiales porosos, los muros de bloques huecos o perforados resultan mejores que los macizos, debido a que cuando el agua abunda en los muros macizos se va escurriendo gradualmente hacia abajo y se extiende. Los materiales para juntas como el mortero, al formar capas continuas entre el muro pueden ser menos porosos que el material de ésta y retener el agua infiltrada, activando así su extensión por la cara interna.

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Sin embargo, una cavidad correctamente construida proporciona una protección absoluta contra la intemperie. Los materiales impermeables suelen causar grandes dificultades porque la lluvia, al resbalar por el paramento exterior de un muro impermeable significa una acumulación de agua en las juntas relativamente escasas de estos materiales, y basta entonces la atracción capilar o la presión del viento para producir la penetración.

4.3. AISLAMIENTO

TÉRMICO

El aislamiento térmico debe cumplir con varios objetivos: 1. 2. 3. 4.

Evitar la pérdida excesiva de calor del interior de un edificio. Impedir que se adquiera demasiado calor del exterior en clima cálido. Evitar condensación. Reducir la expansión y la contracción de la estructura.

La transmisión térmica o valor U de un muro, techo o piso de un edificio es una medida de su capacidad para conducir calor fuera del edificio; entre mayor sea el valor de U, será mayor la pérdida de calor a través de la estructura. La pérdida de calor total a través de la estructura del edificio se encuentra al multiplicar valores de U por las áreas, de las partes del edificio expuestas exteriormente y, luego, multiplicar el resultado por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. Los valores U se expresan en W/m2 K (watts por metro cuadrado por 1º de diferencia entre las temperaturas interna y externa).

Construcción El valor U total de una pared doble puede disminuir en forma significativa si se llena la cavidad entre los muros con espuma de urea-formaldehído, o si se insertan láminas de fibra mineral u otros aislantes adecuados sujetos a los reglamentos, o si se instalan ventanas de doble hoja de vidrio. También se pueden aplicar aislantes a la cara interna de los muros exteriores. Se dispone de varios materiales, incluyendo la fibra de vidrio o la lana mineral que se fija mecánicamente al muro y que se recubre con una barrera contra el vapor y piezas prefabricadas para muros; espuma de poliestireno moldeada a presión

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que se fija al muro con adhesivo y se cubre con tres capas de enlucido; y piezas prefabricadas con un núcleo de uretano o poliestireno que se fija con adhesivo, anclajes de metal o enlucido.

4.4. AISLAMIENTO

ACÚSTICO

Los niveles de ruido tanto dentro como fuera de los edificios han aumentado considerablemente en los últimos años. Dos tipos de fuentes producen los ruidos que se oyen en una vivienda, los propagados por el aire, como la conversación, los instrumentos musicales y los altoparlantes, y las de impacto, como las pisadas y el movimiento de muebles. Una fuente propagada por el aire causa vibraciones en el aire circundante, que, a su vez, produce vibraciones en los muros y pisos circundantes, llamados “elementos”. Una fuente de impacto causa vibraciones directamente en el elemento al cual golpea, éstas se difunden por el área completa del elemento y elementos conectores, como los muros interiores y las superficies interiores de las paredes exteriores y los pisos. Los elementos al vibrar hacen que el aire junto a ellos se comporte igual; son estas nuevas vibraciones transmitidas por el aire las que se oyen. Para lograr un aislamiento acústico adecuado, deberá restringirse el flujo de la energía sonora a través de muros y pisos. El flujo de la energía puede ser por transmisión directa o en forma indirecta por transmisión de ruido. El rendimiento del recubrimiento de los muros y techumbres al reducir el nivel del ruido que se transmite de afuera hacia el edificio está determinado, en gran medida, por la masa del mismo recubrimiento, su continuidad y el aislamiento de las paredes dobles.

4.5. RESISTENCIA

AL FUEGO

En cuanto al riesgo de incendio, la función de un muro consiste en aislar el fuego inhibiendo la propagación de las llamas, del humo, y de los gases, así como evitar la transmisión excesiva de calor de uno a otro lado del lugar. En caso de incendio, el muro debe seguir realizando sus funciones normales de cerramiento y/o soporte de carga durante tanto tiempo como sea necesario

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para proteger al edificio, a sus ocupantes y vecinos. El tiempo durante el cual un muro debe cumplir satisfactoriamente todo lo dicho es el llamado periodo de resistencia al fuego o resistencia al fuego. Los daños causados por un incendio son proporcionales a su duración y a la intensidad de calor generado. A su vez, estos factores dependen de la cantidad de material presente, de la rapidez con que arde y de su poder calorífico; es decir, la cantidad de calor generado por unidad de masa del material. En general el contenido de un edificio arde más deprisa que el material de construcción. De ahí que los diferentes tipos de edificación ardan durante tiempos distintos y con intensidades diferentes (Fisher, op. cit.). Generalmente, la propagación del incendio suele ser ocasionada por el uso de materiales decorativos y de revestimiento muy combustibles, y por erróneos conceptos de diseño. Así, el fuego puede propagarse al resto de la edificación, según los siguientes factores condicionantes. Propagación vertical. Huecos de escalera (efecto chimenea), puertas combustibles, huecos de ascensores (efecto chimenea), ductos de instalaciones (efecto chimenea), falta de muros corta fuegos; en el exterior por fachadas y otras aberturas sin protección. Propagación horizontal. Falta o defecto de muros cortafuegos, aberturas sin protección en muros, puertas contra incendios mal diseñadas o instaladas (o su carencia), falta de barreras contra el humo, falta de sectorización contra incendios, propagación exterior. Contenido y acabados exteriores. Decorados y muebles combustibles, alfombrados y cortinados, líquidos combustibles y gases inflamables en recipientes, acabados decorativos combustibles en pisos, techos y paredes. En la resistencia al fuego influyen también otros factores, como la altura, las dimensiones y la proximidad de otros edificios. Los edificios grandes se deben dividir o aislar en compartimientos mediante paredes y suelos adecuados y los edificios contiguos con diferentes destinos comparten un “muro de separación”. Las paredes de aislamiento y los muros de separación han de ser más

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resistentes al fuego que los demás muros del propio edificio, aun si las rodean “huecos protegidos” para ascensores y escaleras de escape en caso de incendio. Con tales medios se limita la magnitud del fuego al periodo de resistencia de los elementos de aislamiento o compartimentación y separación. Cuando se tienen en cuenta las medidas de seguridad a partir del diseño del edificio, así como las medidas constructivas que contribuyan a la seguridad, los efectos de un incendio disminuyen considerablemente. Por ello, los edificios, sean para viviendas u otras actividades, deben tener una resistencia al fuego (RF) que soporte una combustión total de su contenido combustible, estimándose que el mínimo requerido sea de RF 180 (resistencia al fuego de 180 minutos). En general, el contenido de un edificio arde más de prisa que el material de construcción. Se deben adoptar programas de seguridad para la prevención de daños por incendio: de protección civil y rutas de evacuación, que son necesarios desde la concepción, pasando por el proyecto y la ejecución de una obra, hasta su terminación, con sus posibles consecuencias futuras para la protección de vidas y propiedades.

Áreas, alturas y subdivisiones contra incendio Las alturas y áreas de edificios deben estar limitadas para evitar volúmenes excesivos sujetos a un solo foco de incendio, y así permitir su evacuación, y facilitar la intervención de los bomberos. La limitación de áreas interiores de edificios por medio de subdivisiones contra incendio es igualmente importante, ya que se puede lograr el aislamiento de un incendio y permitir el combate en el interior. En incendios de edificios con grandes áreas, la seguridad de la vida también plantea problemas especiales, particularmente por la distancia de recorrido a las salidas. Es necesario relacionar las alturas y áreas, establecer límites por área total de pisos y por cada piso, en proporción a la altura del edificio, con

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objeto de limitar el volumen total de materiales combustibles expuestos a un solo incendio, tanto de la construcción como de los contenidos.

Estabilidad estructural e integridad constructiva La integridad constructiva contra incendio protege por igual todos los miembros estructurales. Un solo punto débil puede inutilizar todos los demás medios de protección cuando se produce un incendio, y ocasionar grandes daños, además de poner en peligro a los ocupantes y bomberos. Un muro tendrá el grado de resistencia al fuego dado por su rango, sólo si está construido e instalado con propiedad y se ha unido a otros miembros, de tal manera que la resistencia al incendio de la combinación no se debilite o disminuya. Asimismo, la estabilidad estructural y la integridad constructiva de muros divisorios pueden estar en peligro por la deficiente construcción de las instalaciones y equipos de servicio de los edificios, como ductos, instalaciones eléctricas o por perforar los muros para paso y conexión de tubos, etcétera.

Accesibilidad para el combate de incendios En un edificio, la accesibilidad exterior es ideal cuando los bomberos pueden operar por todos sus lados; esto casi nunca se encuentra. Por tal motivo es importante considerar las Normas Oficiales Mexicanas de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social. La ubicación geográfica de un edificio también puede presentar dificultades; el acceso al interior de edificios puede ser muy difícil donde existen grandes áreas techadas, edificios con muros ciegos, fachadas falsas, mamparas solares o anuncios que cubren un gran porcentaje de muros exteriores y donde hay medios inadecuados de ventilación. Algunos reglamentos como The National Building Code publicado por The American lnsurance Association (idem), por ejemplo, no aceptan edificios con un solo frente a la calle, a menos que tenga aberturas de acceso adecuadas para la intervención de los bomberos, a través de los muros exteriores de cada piso con no menos de 0.80 m de ancho y 1.20 m de alto, con un antepecho no mayor de 0.80 m del piso y con una saliente o cornisa, que deben estar espaciadas por no más de 15 m entre sí. Dichos reglamentos igualmente requieren sistemas

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automáticos de rociadores para los edificios sin los accesos equivalentes a los anteriores, si el edificio es de más de dos pisos de altura y si cualquier piso encima de la planta baja o primer piso tiene una área mayor de 200 m2.

Muros y parapetos contra incendio Un muro contra incendio es el construido para evitar la propagación del fuego. Un muro contra incendio debe ser autosoportante, y estar diseñado de tal manera que mantenga su integridad estructural en caso de un colapso de cualquier parte de una construcción. Para soportar los efectos de expansión por calor, se construyen generalmente más gruesos de lo que se indica en los requerimientos normales de resistencia a incendio. Los muros contra incendio deben extenderse a lo largo y por encima de los techos combustibles, a manera de parapeto, para evitar la propagación del fuego. Un parapeto debe tener 1.00 m de altura mínima en edificios con techo combustible. En algunos casos son necesarias alturas mayores para mayor seguridad, como en muros de más de 15 m de longitud. Mientras más alto sea un parapeto mayor será el grado de seguridad.

Divisiones contra incendio Una división contra incendio sirve para evitar la propagación interior del fuego, pero no cumple las especificaciones de un muro contra incendio. Estas divisiones poseen menor resistencia al fuego y no se extienden desde el sótano hasta el techo como los muros contra incendio. Por lo común, se utilizan para subdividir un piso o un área y se construyen para extenderse desde el nivel de piso hasta la parte inferior del techo.

Consideraciones legales para la protección contra incendio en edificaciones La resistencia al fuego es el tiempo que soporta un material al fuego directo sin producir flama o gases tóxicos, y que deberá cumplir los elementos constructivos de las edificaciones según el cuadro 4.

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Cuadro 4. Resistencia al fuego de los elementos constructivos

Fuente: Reglamento de Construcciones Para el Distrito Federal, Diario Oficial de la Federación, 4 de Junio de 1997. (a) Para efectos de este reglamento se consideran materiales incombustibles los siguientes: adobe, tabique, ladrillo, block de cemento, yeso, asbesto, concreto, vidrio y metales.

4.6. DEFECTOS EN LOS MUROS DE LADRILLOS Los defectos algunas veces provienen del uso de materiales inadecuados o de una combinación insatisfactoria de éstos. Ejemplos de tales defectos:

Ataque al mortero por sulfatos Consiste en una reacción química entre las sales de sulfato en los ladrillos de arcilla y el constituyente de aluminato del cemento Pórtland en el mortero. Se forma un nuevo compuesto que provoca expansión. Los sitios más vulnera-

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bles son los pretiles, los muros limítrofes y de contención y las chimeneas, donde puede ocurrir el deterioro y la expansión del mortero y la fractura y resquebrajamiento de los ladrillos. Se aconseja usar ladrillos con un bajo contenido de sulfato en estos sitios y poner especial atención en la distribución del impermeabilizante.

Morteros inadecuados Puede haber picadura y fractura del mortero, si el que se usó en las juntas es demasiado fuerte o si contiene partículas sin apagar de cal viva.

Trabajo en condiciones adversas al clima El daño a los ladrillos por las heladas normalmente se limita a la obra nueva o a los muros que permanecen húmedos durante el invierno. El mortero fuerte para pegar ladrillo, el mortero poroso para techos y los ladrillos suaves o débiles son especialmente vulnerables. Las precauciones que se deben tomar cuando se colocan ladrillos en climas adversos incluyen: detener la obra cuando la temperatura esté por debajo de 2 ºC, cuando haya vientos fuertes o lluvia constante; revisar que los agregados no estén congelados; asegurarse que la obra nueva se proteja de la lluvia y de la posible helada nocturna, y obtener predicciones locales del clima.

Cristalización de las sales en los muros de ladrillo La cristalización de las sales solubles en agua puede generar un polvo blanco o cristales en forma de pluma sobre la superficie de los ladrillos (eflorescencia), provocar la desintegración superficial de los elementos o el deterioro de cada uno de éstos en casos severos. La eflorescencia superficial normalmente se quita cepillando periódicamente con alambre seco la superficie donde aparezca. En casos más severos podría ser necesario retirar o remplazar algunos ladrillos defectuosos o aplicar un revoque en áreas más extensas.

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Movimientos con cambios en el contenido de humedad de los ladrillos Los movimientos de encogimiento pueden causar grietas escalonadas que siguen las juntas horizontales y verticales o las juntas verticales a través, tanto de los ladrillos como del mortero. Es más probable que ocurra este tipo de defecto con elementos hechos con arena, caliza y concreto; se corrige al retirar las unidades defectuosas y las juntas y reparar. Las medidas preventivas incluyen el uso de material comparativamente seco, la protección de la obra contra la lluvia y la nieve durante la edificación y el uso de un mortero de cemento-cal-arena no más fuerte que 1:2:9.

La corrosión del hierro y del acero en los muros de ladrillos La acción de la humedad, los ácidos, los sulfatos o los cloruros en los metales puede causar corrosión, lo que produce expansión y abertura de las juntas en los muros, la fractura de los ladrillos, y las manchas en los muros causadas por el óxido. Las medidas preventivas incluyen la aplicación de una pintura anticorrosiva al metal, una capa de pintura bituminosa y, luego, recubrirlo con mortero cemento de 25 mm de espesor.

Movimiento Las longitudes largas de muro deberán tener juntas de expansión verticales de 10 mm de ancho separadas por cerca de 12 mm.

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CAMBIOS DIMENSIONALES EN LOS MUROS

Los cambios de dimensión y de forma de las paredes se deben a: 1. Movimientos térmicos por humedad. 2. Deformaciones estructurales debidas al asentamiento o deflexión bajo carga. 3. Acción química 4. Movimiento térmico La gran variabilidad de las condiciones a la quedan expuestos los muros internos y externos de los edificios, y la diversidad de cambios dimensionales (factores que a veces actúan simultáneamente y que otros son antagónicos) crean una situación compleja ante la que es difícil, si no imposible, predecir exactamente el comportamiento de los elementos en estudio. Los paramentos expuestos a radiación directa solar están sometidos a variaciones de temperaturas amplias con oscilaciones de hasta 20 °C. En las noches de invierno, la radiación de las superficies ocasiona que su temperatura pueda descender por debajo del aire ambiente. Por el contrario, durante los periodos soleados estas superficies alcanzan temperaturas superiores a las del aire. Los efectos de los cambios de temperatura dependerán de la rapidez con que se produzcan. Así, los cambios anuales otorgan al material del muro un periodo de fluencia más desahogado, de ahí que las tensiones disminuyan y el movimiento sea menor que en otros casos. 95

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Si bien las oscilaciones térmicas son menores, pueden causar más deterioro que los cambios anuales, de intervalo más amplio. La capacidad térmica de un material determina el ritmo con que varía su temperatura y, en consecuencia, también el del movimiento. Así, los miembros de poco tamaño y escasa capacidad térmica se calentarán y dilatarán más rápidamente que los más densos y mayores. Los efectos de esta diferencia serán nocivos si no se proyectan con gran cuidado las juntas, o sea, los lugares donde se reúnen varios componentes relativamente pequeños y de materiales diferentes. La magnitud de movimiento depende también de las restricciones que se le opongan, las cuales dependen, en gran medida, de la resistencia del material a la compresión. En el cuadro 5 se muestran los coeficientes lineales de dilatación térmica de algunos materiales de construcción. Esto da idea del orden de magnitud de los posibles movimientos, y también la oportunidad de comparar diversos materiales. Cuadro 5. Coeficientes lineales de dilatación de algunos materiales

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En el cuadro 6 figuran las tensiones producidas en algunos materiales por un incremento de 20 ºC, y también las tensiones de ruptura correspondientes Cuadro 6. Tensiones producidas en algunos materiales

5.1. MOVIMIENTOS POR LA HUMEDAD Son características de los materiales porosos la expansión por la humedad y la contracción al secarse. Este proceso puede repetirse indefinidamente a lo largo de su exposición a la humedad cambiante del entorno. El movimiento es totalmente reversible y, excepto en la madera, es mucho más limitado debido a dilataciones térmicas en los intervalos de exposición a los que están normalmente sujetos los materiales. En el cuadro 7, se ven los porcentajes de expansión por humedad de algunos materiales típicos en intervalos normales de humedad.

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Cuadro 7. Porcentaje de expansión por humedad

El mismo proceso de fabricación de un producto puede ya significar drásticos cambios de contenido de humedad. Es el caso, por ejemplo, de los ladrillos de arcilla que se someten a cocción durante su fabricación, desde un altísimo grado de humedad a un contenido en agua bajísimo. Lo mismo ocurre con todos los productos de cemento, como el concreto denso, el concreto gaseoso u otros concretos ligeros y con ladrillos de cal y cemento. También a los productos de madera se les puede someter a secado al horno en alguna fase de su preparación. Como resultado de su exposición al ambiente, estos materiales experimentan un cambio inicial de dimensiones, inmediatamente después de salir del proceso de fabricación. Así, los productos del cemento sufren una contracción inicial de secado que viene a ser 50% mayor que cualquier otro movimiento que posteriormente lleguen a experimentar, además, esta contracción es irreversible. Los ladrillos de arcilla se dilatan después de salir del horno hasta 0.1% y, en casos excepcionales, hasta 0.2%. Pero casi toda la dilatación ocurre antes de su colocación. Al cabo de una semana de salir del horno se produce ya la mitad de la dilatación, y parte del resto tendrá lugar antes de que el mortero adquiera toda su resistencia. De modo parecido, los productos de la madera se dilatan después de secarlos en el horno.

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Cambios dimensionales en muros

5.2. MOVIMIENTO

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ESTRUCTURAL

Los movimientos por asentamiento de los cimientos o por deflexión bajo carga de los elementos portantes entre apoyos suceden por el diseño estructural. Muchas veces se puede predecir la magnitud de la diferencia de asentamiento. Este suele ser el caso cuando un edificio consta de elementos cargados de modo netamente distinto. Por ejemplo, una casa de plantas con un anexo de uno o dos pisos, o la ampliación de un edificio. Así, los asentamientos se producirán en grados distintos en las dos partes, para lo cual se deben prever juntas especiales para compensar los movimientos. Otros tipos de movimiento estructural ocurren cuando cambian las condiciones del terreno, como en la arcilla, con sus dilataciones y contracciones sucesivas, en la arena suelta o movediza y, también por minado y asentamiento.

5.3. ACCIÓN QUÍMICA La formación de sales por acción química dentro del material sucede en determinadas circunstancias. Son ejemplos: la formación de sulfatos en el caso de cemento y la corrosión de los metales. Para que estas reacciones se desarrollen es necesaria la presencia de agua. Con frecuencia, la formación de sales causa dilataciones localizadas que, en algunos casos, pueden dar lugar a deformaciones.

5.4. ACCIONES

DEL FRÍO

Una vez que se han abierto grietas como resultado de los movimientos descritos, en ocasiones el agua se introduce en ellas, se congela y dilata el material. Los materiales utilizados para la construcción de muros son particularmente sensibles a esta clase de deterioro, sobre todo si en la edificación se utiliza agua, la cual se congelará en los intersticios del cemento o del mortero en fase de fraguado. Es evidente proteger estos materiales si el tiempo es muy frío.

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5.5. MATERIALES

DISPARES

Es importante considerar los efectos combinados de los movimientos en materiales dispares y contiguos. Los ladrillos de arcilla pueden dilatarse una vez colocados, mientras que el concreto in situ se contraerá en un proceso irreversible durante el secado. Los bloques de concreto también pueden contraerse después de la colocación. Si dichos materiales están firmemente unidos en un mismo muro, se producirán deterioros.

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OTRAS TENDENCIAS

En épocas de escasez de mano de obra y materiales, donde la industria de la construcción ha sido incapaz de satisfacer la demanda usando los métodos tradicionales, se han empleado métodos nuevos a gran escala. Los sistemas incluyen postes de concreto y tableros de relleno; losas de concreto delgadas apoyadas en marcos ligeros de acero estructural; tableros prearmados de ladrillo; tableros de madera contrachapada ligada con resina con forro resistente; láminas de asbesto de diferentes formas y muros de cortina y similares. Normalmente éstos se hacen en una fábrica y se transportan al lugar, con lo que sólo es necesario colocarlos y asegurarlos en su destino, y manejar desde accesorios para alacenas, elementos de ebanistería e incluso viviendas completas. Estos métodos de construcción industrializada y sistemática han predominado en la construcción de edificios altos; interesados principalmente en la racionalización, tanto del tipo de construcción como del proceso mismo de la edificación.

6.1. MUROS CON SISTEMA COVINTEC El sistema covintec se basa en una serie de paneles de acero reforzado de alta resistencia con un alma de espuma de poliestireno sólido y una estructura tridimensional de acero alojada en el interior del panel. En lo que se refiere a su proceso constructivo este sistema cuenta con ventajas en velocidad, facilidad y flexibilidad, esta última característica aumenta su resistencia estructural. El sistema covintec presenta un aislamiento térmico que generan los paneles 101

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y derivan en un aumento energético en aire acondicionado y calefacción; además de ser un aislante térmico el panel también muestra buen desempeño como aislante acústico. Las construcciones hechas con el sistema covintec presentan una mayor resistencia debido a su singular estructura tridimensional de acero de alta resistencia hecha a base de triángulos, la cual queda ahogada en el mortero, lo que garantiza su resistencia y duración. .

Ventajas de usar el sistema prefabricado:

No requiere de mano de obra especializada. Se pueden elaborar muros, losas, escaleras y múltiples detalles. Simplifica la planeación de materiales. No requiere herramientas especiales. En lo referente al comportamiento energético las construcciones hechas con este sistema son confortables debido a que su alma de espuma de poliestireno sólido se comporta como un excelente aislante de temperatura, humedad y ruido.

Figura 40. (a, b, c, d). Muros realizados por covintec.

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Otras tendencias

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Cuadro 8. Especificaciones panel covintec 3"

Datos obtenidos por sistema Qualypanel Covintec.

6.2. MUROS

PANEL

“W”

El sistema panel “W” es un sistema constructivo que se basa en la utilización de paneles modulares de medidas estándar para construir en forma rápida por medio de un procedimiento sencillo desde muros de carga y divisorios, losas de entre piso y múltiples elementos complementarios como pretiles, faldones, volúmenes arquitectónicos, pérgolas, cúpulas, etcétera.

Ventajas del Panel W: • • • • • • •

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Muy resistente Rapidez en la instalación Adaptable a cualquier estructura Fácil de armar Aislante térmico y acústico Mayor facilidad en las instalaciones No requiere de mano de obra especializada.

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Proceso constructivo: El PU-2000 (poliuretano, 2"), está formado por una estructura tridimensional de alambre de acero pulido o galvanizado, de alta resistencia, con limite de fluencia fy = 5000 kg/cm2, que lleva al centro un alma de espuma rígida de poliuretano. En ambos lados del panel queda un espacio libre entre la espuma y la malla, que permite la aplicación del mortero. Una vez que se instalan los paneles de muro, se repellan por ambas caras con mortero de cemento-arena hecho en obra (porción 1:4), de una resistencia a la compresión f ’c mínima de 100 kg/cm2, hasta lograr el espesor recomendado de 8 a 10 cm. Los módulos previamente habilitados compuestos de hasta 4 piezas de W Panel se colocan en su lugar, empezando siempre por una esquina, cuidando que las varillas de los anclajes queden por dentro de la estructura del panel. Los módulos se sujetan a las anclas mediante amarres con alambre recocido cal. 18. Una vez que se han terminado de instalar todos los muros es momento de revisar que la totalidad de las instalaciones estén en su lugar. Los muros ya instalados deben plomearse y rigidizarse antes de iniciar el proceso de aplicación del recubrimiento; esto se logra fijando duelas metálicas o de madera en forma horizontal en la parte superior e intermedia por uno de los lados del muro, apuntalándolas con otras inclinadas que van fijas al piso. También pueden usarse tirantes de alambre entre el muro y el piso para tensarlo y rigidizarlo. Cualquier error en esta operación nos lleva a corregirlo posteriormente aplicando un espesor de mortero mayor al especificado, con el consecuente incremento en el costo de la obra. Los muros deberán recubrirse con un mortero de cemento y arena, f ’c = 100 kg/cm2, esto se logra normalmente usando una proporción de una parte de cemento por cuatro de arena (en volumen). Es recomendable usar arena que tenga una proporción baja de polvos o finos, pues un exceso de ello provocará una contracción plástica mayor en el momento del fraguado, y ocasionará pequeñas grietas en el aplanado. Una forma de mejorar la calidad del mortero

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y evitar la formación de estás pequeñas grietas es adicionar fibras sintéticas (como propileno) o aditivos químicos que incrementen su plasticidad. La aplicación deberá hacerse en dos partes, la primera o zarpeo que llegará al ras de la estructura del W Panel y la segunda o aplanado que dará el espesor final al recubrimiento; esta segunda aplicación se hará entre 3 y 12 horas posteriores a la primera, para dar oportunidad a que inicie el fraguado. En la mayoría de los casos es suficiente un espesor de recubrimiento de 1.5 a 2.0 cm. a partir de la cara exterior de la estructura del W Panel. Es de primordial importancia “curar” adecuadamente el mortero aplicado para que tenga la resistencia esperada y se eviten al máximo las contracciones plásticas que luego ocasionan pequeñas grietas en el aplanado. Para ello es recomendable humedecer toda la superficie del mortero por lo menos dos veces al día durante cuatro días, mínimo. En lugares con calor o soleamiento excesivo la frecuencia deberá ser mayor.

Defectos en los sistemas no tradicionales: El uso de las casas no tradicionales ha desembocado en problemas grandes, en los que son necesarios altos costos de reparación, muchos de los cuales no habrían ocurrido si se hubieran empleado los métodos tradicionales bien experimentados y establecidos. Los principales defectos que han sido identificados en los sistemas no tradicionales son: 1. Muros exteriores de concreto: corrosión del refuerzo de metal y de las uniones de metal para los tableros; movimiento de los tableros en las juntas; deterioro del acabado de concreto; valores U desiguales; problemas de transmisión de ruido; huecos continuos desde la planta baja a los aleros; y el uso de cemento aluminoso. Estos defectos han amenazado la estabilidad estructural de las viviendas, han destruido la invulnerabilidad contra el clima, han acentuado los problemas de condensación y han permitido la propagación rápida del fuego.

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2. Muros exteriores con marcos de madera: deterioro de los marcos de madera y los recubrimientos; el riesgo de propagación del fuego a través de huecos continuos; compactación del material de aislamiento térmico dentro de la cavidad; deterioro del revestimiento de metal; valores adversos de aislamiento térmico y anclaje inadecuado de los aleros interiores y exteriores. 3. Muros exteriores con bastidor de acero: deterioro del bastidor de acero, del recubrimiento de metal y de otros recubrimientos; el descascaramiento y la desintegración de los tableros de asbesto cemento y aislamiento térmico inadecuado. 4. Techumbres: deterioro generalizado de las láminas del techo; falta de aislamiento y problemas de condensación en los huecos del techo; necesidad de extender las paredes medianeras a los espacios del techo para evitar la propagación del fuego de una habitación a otra; deterioro de los recubrimientos del muro del alero; arriostramiento inadecuado contra el viento que permite el movimiento lateral, y deterioro de vigas de concreto como resultado de la condensación. Los sistemas racionalizados modernos, tienden a: • Realizar una obra más liviana, reducir los tiempos, y hacer una obra seca, utilizando productos y técnicas industriales. • Es un sistema más económico y rápido. • Hay sistemas pesados, semipesados y livianos.

6.3. MUROS

DIVISORIOS Y CANCELES

Son un tipo muy especial de muros, al separar espacios no soportan cargas estructurales y son en su generalidad muy ligeros. A partir del material que los constituya existen dos tipos: los estructurales que son recubiertos de diversos productos, y los de mampostería y aglutinantes, hechos a base de materiales ligeros; este tipo de muro deberá cubrir cualidades térmicas, acústicas y de impermeabilidad. Los encontramos prefabricados y realizados en obra. La variedad en el uso de estos materiales ha aumentado gracias a la arquitectura funcional y debido a razones de diversa índole, como las económicas y

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las de ahorro de tiempo y otras más vinculadas con la plasticidad y la movilidad del espacio moderno. Los materiales empleados son muy diversos, pero más comúnmente se utilizan, el tabique rojo, piedra pómez, madera, metal o plástico.

Muros divisorios de metal Están formados por bastidores de secciones metálicas, su revestimiento puede ser metálico o no; si fuera lo primero, debe ser tratado contra oxidaciones utilizando alguna pintura gruesa o anticorrosivo sometido a 148.89 ºC, con lo que también se evitan abolladuras y se elimina lo ruidoso de la hojalata.

Canceles de aluminio HB Este tipo de canceles ofrece muchas bondades, con ellos se obtiene una instalación rápida y muy económica. Esta constituida a base de elementos de aluminio barra continua, que permite una colocación cómoda y un acabado perfecto, asimismo, es ventajosa la ligereza del material y la facilidad para la instalación del sistema eléctrico. Sus secciones no requieren medios especiales para instalarlas y son totalmente recuperables tiene una moldura de esquina, en ángulo reforzado de 45º y sus partes intermedias también están compuestas de aluminio, son elementos que se caracterizan por su gran resistencia larga durabilidad y sencilla adaptación aunado a una rapidez en la ejecución de obra lo que vuelve a este producto un elemento de cancelaría limpia y eficiente. El mínimo ancho obtenible en el mercado es de 4 cm. en sección.

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Figura 41. Cancel de aluminio.

Muros divisorios de plástico Tienen la estructura básica de un cancel: un bastidor de madera (generalmente de pino) y una cubierta que en este caso será de materiales plásticos, las cubiertas pueden ser láminas lisas o acanaladas. Las variantes que presentan los canceles plásticos son los refuerzos que bien pueden ser de fibra de vidrio o de plástico acrílico. Los muros divisorios de plástico más populares son los elaborados con fibra de vidrio con refuerzo interno de fibracel.

Muros de block de vidrio (prismático) Este tipo de muro no debe considerarse como elemento de carga, se usa principalmente como elemento decorativo o de iluminación. Para su construcción se usarán exclusivamente bloques reconocidos por su calidad y aprobados por el supervisor de la obra, se vigilará que lleguen en buen estado y que no hayan sufrido algún deterioro durante el transporte. Se pegarán con juntas de mortero cemento-arena 1:4, la arena debe ser cernida y se colocará un alambrón de ¼” entre cada hilada de block si la junta es mayor de 5 mm, y para juntas menores se usarán tres hiladas de alambre recocido del número 10, retorcido como amarre. En ambos casos el armado se amarrará a los castillos o elementos rígidos inmediatos que enmarquen al muro de block, ya sea horizontal o verticalmente; como acabado es recomendable que las juntas queden redondeadas o boleadas con una lechada de cemento blanco.

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Figura 42. Muro de block de vidrio.

6.4 MUROS

DE

BAMBÚ-CARRIZO

Los arquitectos e ingenieros normalmente orientan sus trabajos y diseños a situaciones de normalidad y estabilidad. Sin embargo situaciones de necesidad y emergencia han dado origen a diseños de un sistema arquitectónico y constructivo cuyo material es el bambú, y que puede ser utilizado como hábitat de emergencia y llegar a convertirse en una solución definitiva de vivienda. La propuesta desarrolla varias líneas: por un lado, retoma el bambú como material base de construcción y, por otro, conceptualiza que el sistema de construcción debe ser progresivo, racionalizado, ecoeficiente, rápido y apropiado para el medio. Lo que jerarquiza el bambú como material adecuado para levantar los esqueletos de las viviendas porque su forma, composición y tamaño la hacen fuerte, resistente, manejable y liviana. Progresivo, porque debe ser adicionado y reformado con la máxima eficiencia; abierto: debe aceptar su combinación con muchos tipos de componentes livianos existentes en el mercado; racionalizado: debe tener dimensiones coordinadas para todos sus componentes; ecoeficiente: debe causar el mínimo

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impacto ambiental —tanto en la producción de sus partes como en la construcción del todo— para que los damnificados tengan cobijo en cuestión de horas, y apropiado, porque se trata de que sea aceptado y entendido culturalmente.

Características del bambú En el mundo del plástico y acero de hoy, el bambú continúa aportando su centenaria contribución y aún mantiene su importancia. En países latinoamericanos se adelantan hoy proyectos destinados a ensayar y seleccionar variedades sobresalientes de bambú recoleccionadas en todo el mundo, y también a determinar al lugar potencial de ese material en las economías locales. Estos proyectos han venido realizándose durante varios años, y algunos de ellos han llegado ya a un grado de desarrollo en el que la multiplicidad de usos del bambú ha llegado a ser una estimulante realidad. Cuadro 9. Características del bambú

• En regiones donde crece el bambú, el clima generalmente es cálido y húmedo, lo que conlleva al uso de materiales de baja capacidad de almacenamiento térmico y de diseños que permiten la ventilación cruzada.

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Las construcciones de bambú satisfacen plenamente estos requerimientos, lo que explica su uso en estas zonas. • Los muros de bambú no pueden ser construidos en forma hermética, así que la ventilación cruzada se da en forma inherente, brindando un ambiente agradable y libre de humedad. • La flexibilidad y la alta resistencia a la tensión propician que el muro de bambú sea altamente resistente a los sismos, y, en caso de colapsar, su poco peso causa menos daño; la reconstrucción es rápida y fácil. • Se requieren de mano de obra especializada para trabajar el bambú, aunque ésta es tradicional en zonas donde crece el bambú. • Las mayores desventajas se deben a su relativa baja durabilidad (debido a ataques biológicos), y la baja resistencia a huracanes y fuego, por lo que las medidas de protección son esenciales.

Ejemplos de elementos constructivos elaborados con bambú

Figura 43. Elementos construidos con bambú (a y b). a. Caña de bambú partida en dos, colocada como tejas españolas. b. Listones de bambú (hechos de cañas cortadas en 8 tiras) clavadas a un bastidor.

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Figura 44. Elementos construidos con bambú (c y d) c. Tablero de bambú (caña cortada en tira y aplanada) entrelazada con el bastidor. d. Paneles de tiras de bambú entrelazadas clavadas y/o amarradas a un bastidor de bambú.

A continuación se presenta un resumen sobre diversas vigas de bambú: • El esfuerzo de vigas de concreto con bambú no impide la fisuración o resquebrajadura del concreto bajo cargas que excedan a aquella que pueda esperarse sea soportada por elementos de concreto sin armar, de las mismas dimensiones. • El esfuerzo de vigas de concreto con bambú aumenta la capacidad de carga de ruptura total, considerablemente por encima de la que puede esperarse del concreto sin armar, de las mismas dimensiones. • La capacidad de carga de las vigas de concreto armado con bambú aumenta con el mayor refuerzo del porcentaje de bambú, hasta un valor óptimo. • Este valor óptimo se alcanza cuando el corte transversal del esfuerzo longitudinal de bambú es de 3 a 4 % de la sección transversal del concreto de la viga. • La carga requerida para causar la ruptura de las vigas de concreto reforzadas con bambú, es de cuatro a cinco veces la requerida para vigas de concreto de las mismas dimensiones, sin ningún refuerzo.

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• Las vigas de concreto con refuerzo longitudinal de bambú pueden emplearse para soportar con seguridad cargas dos a tres veces mayores que las que pueden esperarse en vigas de las mismas dimensiones de refuerzo. • Las vigas de concreto reforzado con bambú sin secar presentan capacidades de carga ligeramente mayores que iguales secciones reforzadas con bambú seco. Esto no es válido hasta que el bambú no se haya secado dentro del concreto cuando se le aplique la carga. • Cuando se emplea como refuerzo longitudinal bambú sin estacionar y sin tratar, el bambú seco se hincha por la absorción de la humedad del concreto húmedo, y este engrosamiento causa a menudo fisuras longitudinales en el concreto, y reduce así la capacidad de carga de la viga. Esta tendencia se disminuye mediante la aplicación de concreto de una alta resistencia inicial. • La capacidad de carga de los elementos de concreto reforzado con bambú varía con las dimensiones de esos elementos. • La resistencia unitaria del refuerzo longitudinal de bambú en los elementos de concreto, disminuye con el aumento del porcentaje de refuerzo. • La tensión máxima del bambú en el refuerzo de vigas de concreto no es afectada por cambios en la sección transversal de la viga, mientras las proporciones entre el ancho y las alturas de la viga sean constantes, pero depende de la cantidad de bambú empleada en el refuerzo.

6.5. MUROS

DE MADERA

Estructura de entramado de madera. Paredes de paneles livianos de roca de yeso o madera en la cara interior. Paneles de cemento con revoque o salpicado, panel de madera, o ladrillo visto, en la cara exterior. Entre ambos una placa aislante térmica, aislamiento hidrófugo y barrera de vapor. • A favor: rapidez de ejecución, bajo costo, facilidad para modificaciones posteriores, facilidad en el mantenimiento. • En contra: construcción liviana, mantenimiento permanente. En esta parte del trabajo se da información sobre el comportamiento estructural de muros bajo cargas laterales, construidos con bastidores de madera y algún forro que proporcione rigidez y resistencia en su plano. En seis forros

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diferentes considerados como los más apropiados para la construcción con Madera en México. Se presentan gráficas de carga-deformación para tener idea del comportamiento de los muros de cortante ante las acciones horizontales (acción de sismos o del viento). También se presentan valores de diseño para cada uno de los forros, incluyendo información del tipo de conectores utilizados. Todas las estructuras están sujetas a la acción de fuerzas laterales generadas por la acción del viento, y en algunas zonas geográficas pueden estar sujetas a fuerzas laterales producidas por el movimiento del suelo durante la acción de un sismo. Otros tipos de cargas laterales que pueden actuar en las estructuras son las presiones de tierra o explosiones. Se presenta una propuesta para el diseño de los sistemas construidos con madera para resistir los diferentes tipos de cargas laterales. A los elementos verticales se les denomina “muros de cortante” y a los horizontales “diafragmas”. Un aspecto importante es el funcionamiento correcto de estos sistemas, lo constituyen las conexiones necesarias para asegurar que éstos actúen como unidades integrales y que esas unidades se interconecten en la construcción como un todo para asegurar el funcionamiento aceptable de la estructura completa. El uso de la madera en México para la construcción de estructuras permanentes se está incrementando cada vez más, y una aplicación importante ocurre en la vivienda. Para el diseño estructural de las construcciones se requiere información técnica, puesto que el uso óptimo de los materiales se da a medida que la información es más confiable. Los muros son elementos que representan un volumen importante de la construcción y de los cuales depende la seguridad de la estructura cuando actúan sobre ella fuerzas horizontales. En México se ha empezado a generar información sobre la rigidez y resistencia de estos elementos, y se utilizan diversos materiales de forro como contrachapados o similares, duela, aplanados y otros. Se analiza la revisión de los muros de cortante, de los cuales se hace un análisis de diversas soluciones, se revisa el comportamiento de algunos de ellos y

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con los datos de las pruebas se presentan valores de resistencia para el diseño o revisión de muros de cortante.

Tipos de soluciones Las soluciones de “muros de cortante” que se revisan en este inciso son las que cuentan como elemento básico con un bastidor sobre el cual se colocan los diferentes materiales de recubrimiento que sirven para impartirle resistencia y rigidez al muro en su plano. Las características del bastidor se muestran en la figura 43. La cubierta (o forro) de los muros de cortante puede ser de muy diversos productos: a base de madera u otro material. Entre los más comunes se encuentran los tableros de contrachapados u otro tipo de tableros, como los estructurales de partículas; se utiliza también duela machihembrada y aplanado con mortero de cemento-arena reforzado con malla de alambre. Cada uno de éstos se coloca sobre el bastidor siguiendo las recomendaciones básicas de la figura 44, sin que sea ésta la única forma de utilizarlos, ya que la resistencia de los paneles depende del tipo de conectores y de la separación entre ellos; por tanto, si se requiere un elemento con mayor resistencia se modificaría la posición y tamaño de los conectores. Se revisaron muros con seis recubrimientos, considerados como los de mayores posibilidades de uso en la construcción de viviendas, que son los siguientes: a. Contrachapado de madera de pino de 9 mm de espesor, en tableros de 122 x 244 cm. b. Contrachapado de madera de pino de 12 mm de espesor, en tableros de 122 x 244 cm. c. Duela machihembrada de madera de pino de 19 x 87 mm de sección, colocada horizontalmente. d. Duela machihembrada de madera de pino de 19 x 87 mm de sección, colocada diagonalmente, sujeta a cargas de tensión e. Duela machihembrada de madera de pino de 19 x 87 mm de sección, colocada diagonalmente, sujeta a cargas de compresión. f. Forro con aplanado de mortero cemento: arena de 15 mm de espesor y reforzado con malla metálica (tela de gallinero).

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Figura 45. Muros de cortante y diafragmas horizontales de una estructura de madera.

Figura 46. Ejemplos de forros para usar en muros de cortante.

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Figura 47. Bastidor de madera para construir muros de cortante, con diversos tipos de forros estructurales

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En el cuadro 10, se presenta una descripción de los tableros que se ensayaron para cada uno de los diferentes forros. Los bastidores que se utilizaron para la fabricación de los muros cumplen con lo especificado en las normas de las ASTM E72-80(1981), y se utiliza madera de pino de clase estructural “B” clasificada conforme a la NOM-C-239-1985 (DGN, 1985) en condición seca (CH = 18%). Los tableros de recubrimiento (forro) se montaron sobre los bastidores apegándose a las recomendaciones de algunos manuales de construcción, como Sherwood and Stroh (1989). Para el caso de los tableros de cemento se presenta el procedimiento que se utilizó; el esfuerzo de malla metálica se fijó al bastidor con grapas metálicas galvanizadas y posteriormente se aplicó el aplanado. En el cuadro 10 se describen los conectores y su separación para los demás foros y en la figura 49 se observan los detalles de aplicación, como ya se indicó. Cuadro 10. Características en diferentes tipos de madera

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En el cuadro 11 se presentan los valores promedio de rigidez-resistencia con cada uno de los forros. La falla de los muros con contrachapado está gobernada por la deformación de los conectores en las esquinas con las mayores concentraciones de esfuerzos. No existe una diferencia muy marcada entre ambos espesores como la que hay entre los otros tipos de forro, pero se ve que son de los paneles con valores altos de resistencia. Los muros con aplanado de cemento tienen una resistencia de valor intermedio; se observó que dependen directamente de la resistencia del alambre de la tela de gallinero, puesto que se notó en todos los muros ensayados que el tablero quedó prácticamente íntegro y los conectores rompieron el alambre de la malla. Es de esperar que una mayor cantidad de conectores en el perímetro del tablero incremente la resistencia de este tipo de forro; esto se deduce al analizar el tipo de falla. Otra posibilidad para aumentar la resistencia parece ser el incremento en el diámetro del alambre o algún tipo de refuerzo perimetral en la malla. Los muros con este tipo de forro resultaron ser los de mayor rigidez, sin embargo tienen un comportamiento frágil con baja absorción de energía. Este comportamiento no es recomendable cuando la estructura es afectada por un sismo o el viento. Es posible cambiar este tipo de comportamiento haciendo modificaciones al sistema constructivo, para obtener un comportamiento con mayor

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ductilidad en este tipo de muros como el que presenta una de las curvas que se extiende más a la derecha que las otras dos. Para lo cual es necesario realizar pruebas variando los factores que influyen en el comportamiento, como tipo y diámetro de la malla, separación de conectores, etcétera. Un material que se confirma como adecuado para construir edificios que puedan enfrentar con éxito a los sismos o vientos es la madera contrachapada, ya que la energía que puede absorber es mayor que la de los demás materiales, como se puede observar en las curvas de carga-deformación. En el cuadro 11 se presenta una propuesta de valores de diseño para cada uno de los forros estudiados, que se obtuvo aplicando un factor de seguridad de 3 (FS = 3), en un caso, y en el otro limitando los desplazamientos horizontales de entrepiso a 1/240 de su altura. Cuadro 11. Valores promedio y mínima resistencia y rigidez de los forros de madera.

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DIMENSIÓN, FORMA Y MÉTODOS DE COLOCACIÓN DE MUROS

7.1. TIPOS

DE LADRILLO

Su tamaño pequeño y la variedad de colores y texturas lo hace una propuesta atractiva, siendo la forma más popularmente utilizada en mampostería. Se dispone de una gran diversidad de ladrillos, que varían según los materiales que se utilizan, el método de manufactura y la forma. A continuación se clasifican los muros de ladrillos y bloques de tres maneras:

Variedades y funciones a. Comunes: Adecuados para obra general de edificación pero generalmente de mala apariencia. b. Para fachada: Hechos especialmente o escogidos para dar una apariencia atractiva. c. De ingeniería: Semivítreos, densos y fuertes para límites definidos de absorción y resistencia.

Cualidades a. Para interiores:A adecuados sólo para uso interior. b. Comunes: Por lo común son suficientemente durables para uso exterior. c. Especiales: Durables en situaciones de exposición extrema. 123

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Tipos a. Sólidos: Del volumen del ladrillo o del bloque, no más de 25% de agujeros pequeños o de 20% en cavidades. b. Perforados: Agujeros pequeños en más de 25 por ciento. c. Huecos: Agujeros más grandes en más de 25 por ciento. d. Celulares: Agujeros cerrados en un extremo en más de 20 por ciento. El tamaño normal del ladrillo es de 23.5 x 11.00 x 5.00 cm, se establecen requisitos mínimos para tolerancias dimensionales, resistencia y absorción, acabado y propensión a la eflorescencia. En el caso de ladrillos y bloques de calidad especial, también se establecen requisitos para el contenido de sales solubles y la resistencia a las heladas. Los ladrillos de bloques de calidad común deberán estar bien cocidos y razonablemente libres de grietas y de daños en las aristas y las esquinas, que provienen de guijarros y partículas expansivas de cal. Cuando se examine una superficie cortada, deberán mostrar una textura razonablemente uniforme.

7.2. FABRICACIÓN DE LADRILLOS DE ARCILLA (TIERRA) Casi todos los tipos de tierra sirven para la construcción de muros, sea por medio de bloques —adobe— o de muros apisonados. Como hay diferentes tipos de tierra en su composición, aun dentro de regiones pequeñas muchas veces hay que combinar varios tipos. Es decir, se usa la tierra del lugar, pero añadiendo más arcilla cuando es pobre o añadiendo arena cuando es demasiado rica. Para determinar si la tierra del lugar tiene la composición adecuada para hacer un muro durable, se hace lo siguiente: • Se llenan 2/3 de un vaso —de vidrio— con tierra y el espacio restante con agua y dos cucharadas de sal. De preferencia un vaso cilíndrico. • Se remueve el contenido con fuerza durante un tiempo. • Esperar a que se note la separación de los materiales. • Cuando la separación no sea muy clara, remover de nuevo y dejar reposar durante varias horas.

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• Si la separación es clara medir la proporción de arcilla y arena (en el ejemplo la proporción es de 1 a 2). Después se hace una mezcla moldeable que se coloca en una cajita de 4 x 4 x 40 cm. Se deja secar en la sombra: Cuando la mezcla se levanta en forma curva en el centro como un pastel, la tierra no sirve. Se deberá buscar otro tipo de tierra. Normalmente la mezcla se encoge y muestra grietas. Se coloca toda la mezcla de un lado y se miden los centímetros que la mezcla ha encogido. La mezcla no debe encoger mas de 1/10 parte de su largo o sea 4 cm. Ahora habrá que elaborar algunos tabiques y probar su resistencia: Si la cantidad de arena es igual o hasta dos veces la cantidad de arcilla, la tierra estará bien para construir, y si no habrá que añadir arcilla o arena a la mezcla para compensar. Cuadro 12. Proporción de la mezcla

Para hacer el adobe resistente contra la humedad hay que añadir emulsión de asfalto. Cuando se utiliza aceite quemado en lugar de asfalto, solamente se usará la mitad de la cantidad. Otra parte de la mezcla puede ser estiércol de caballo en pequeñas proporciones. También se puede agregar paja, zacate u hojas de pino. Es evidente que habrá necesidad de pequeñas variaciones en la mezcla, dependiendo de las condiciones locales de la tierra, pero básicamente es ésta: si

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se usa, por ejemplo, un bote de 20 litros para hacer una pared de 20 cm con 3 m de altura y 12 m de largo, se necesitarán los siguientes materiales: Arena Arcilla Agua Asfalto

7.3. OTROS

80 40 40 10

botes botes botes botes

TIPOS DE LADRILLO

Tabique, moldeo a mano El tabique es el material más usado en la construcción de muros, pisos, pilastras, amarres y techados de bóvedas; en algunos casos en cimientos y arcos. Se fabrica con tierra arcillosa o barro común, que contenga poca cantidad de arena, para que al cocerlos no se agrieten ni se deformen, o resulten muy porosos o fofos. Ya moldeados los tabiques se dejan orear, para su endurecimiento, y después se paran de canto para el secado, formando pilas. Al secarse no deberán estar expuestos al sol; para que no se agrieten ni deformen, pueden cubrirse con trapos húmedos o bajo un techo abierto por sus costados. Una vez secos, su cocción se realiza en hornos; las paredes del horno se elaboran de adobe y al piso se le hacen canales para que sirvan de fogones; también se requieren una entrada y una salida, para meter y sacar los tabiques que se van a cocer. Los tabiques prensados y los huecos (barro-block) se hacen a máquina y se cuecen en hornos especiales a altas temperaturas.

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Adobe Es un material compuesto por barro principalmente, al que se adiciona arena, limo y diversos agregados naturales o aditivos; su utilización más característica ha sido en el medio rural. Adobe hecho a mano. La proporción común para hacer adobes a mano es de 1/3 de arena por 2/3 de barro (mejor barro limoso). Para obtener un buen adobe debe agregársele a la arcilla: limo (si no tiene), paja o zacate (de 10 cm de largo), estiércol de vaca, hoja de pino, crin o pelo de animal; que mejorarán la calidad del producto obtenido.

Preparación del material: Una vez seleccionado el material, libre de piedras e impurezas, se muele sobre suelo firme y limpio; se le adiciona 1/3 de su volumen de arena; se le pone el agregado o el aditivo, y se va poniendo, poco a poco, agua, hasta obtener una revoltura de consistencia plástica, que pueda moldearse fácilmente.

Pruebas para saber si la tierra sirve para e1aborar adobe. La mezcla obtenida se deja reposar tres días, y antes de empezar la fabricación se hacen las siguientes pruebas: • Prueba de plasticidad: Que la mezcla no se pegue en las manos. • Prueba de resistencia: Con cuidado, se hace una tira redonda de la mezcla reposada, de mas o menos 30 cm de largo, se toma con la mano y se ve dónde se rompe; si la ruptura se hace antes de 5 cm, habrá que agregar arcilla; si la ruptura está entre los 5 y 15 cm, la tierra es buena; si acontece después de 15 cm, entonces le falta arena.

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• Prueba de sedimentación: Se pone en una botella de un litro una cuarta parte de la tierra seleccionada, se agrega 1/2 botella de agua; se agita y se deja reposar ocho horas; y se observa: Si, de 30 a 35% es arena, 30% limo y de 35 a 40% es arcilla, entonces la tierra es buena. Una vez hechas las pruebas a satisfacción se procede a la preparaciónmezclado y al moldeo. Posteriormente, se procede al secado y almacenamiento. Las juntas entre adobes se rajuelean, para que amarren el repellado (aplanado) de mezcla. También, aunque no con frecuencia se construyen arcos de adobe.

Protección del muro de adobe. Al adobe le es perjudicial, más que todo, la humedad; de ella debe protegerse. Su desplante se hará sobre un murete de piedra, concreto o tabique; hasta 30 cm o más, del nivel del suelo o banqueta. Las esquinas deberán protegerse preferentemente con garabatos (amarres), de piedra o tabique; y si el muro es de más de 3 m. de largo, entonces se harán garabatos intermedios de amarre. Las uniones de esquina, en “T” o en cruz, también se hacen sólo con adobes, bien “amarrados entre sí”.

Adobe hecho a máquina. Cuando el proyecto requiere de una alta producción de adobes, y además cuando la especificación de resistencia y de intemperismo lo requiere, se recomienda el empleo de sistemas mecanizados, semejante al que se ilustra.

Block de cemento para muros Se producen de varios tipos, los principales: tabicón, sólido, hueco y machihembrado. Lo más común es comprarlos en fábrica —por su calidad— , ya que se producen mediante vibrado y compresión.

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El tabicón, con medidas de 9 x 14 x 28 cm, se produce también a mano, pero resulta muy poroso y de baja resistencia a la compresión. Los blocks sólidos fabricados con máquina, tienen por medidas: 10 x 20 x 40 cm 15 x 20 x 40 cm Los blocks huecos más usados fabricados con máquina, tienen por medidas: 10 x 20 x 40 cm 15 x 20 x 40 cm 20 x 20 x 40 cm 14 x 14 x 44 cm Los blocks machihembrados son de varios tipos, destacan los que pueden erigirse sin juntas de mezcla. También hay blocks sólidos ligeros, que se fabrican con agregados como el tezontle, etcétera.

7.4. TIPOS

DE APAREJO

Según su forma de colocación se les denomina: • Capuchino. Cuando los tabiques se asientan por su cara angosta; son útiles en divisiones pequeñas. • Al hilo. Cuando se coloca en sentido longitudinal, es útil en exteriores e interiores. • A tizón. Cuando se colocan en sentido transversal, son útiles para soportar cargas mayores. • Combinados. Cuando se alternan los tres tipos anteriores. • Huecos. Cuando se deja en su interior una cámara de aire; se recomienda para climas extremosos, trabaja como aislante del frío y del calor. En todos estos casos es necesario cuatrapear los tabiques.

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Construcción de muros de tabique y tabicón El muro de 0.135, “al hilo”, es el más utilizado como muro de carga, para viviendas de 1, 2 y 3 pisos. La superficie de desplante debe estar perfectamente nivelada. Con el tabique bien humedecido se principia a erigir el muro. Las esquinas se van levantando primero hasta una altura de seis a siete hiladas, de esta manera sirven de amarre a los hilos de gula; cada hilada debe ser verificada en su nivel y en su verticalidad (plomeo). El cuatrapeo del tabique, es un requisito de seguridad, pues es parte esencial en la resistencia del muro y de la estructuración vertical y horizontal —por medio de castillos y cadenas de concreto armado. Para ligar los tabiques, se emplea mezcla de calhidra-arena 1:3, o mortero cemento, calhidra y arena 1:1:6. El muro de tabique tiene dos caras, se selecciona la mejor, al interior o al exterior, según se desee. Los muros de tabicón, deben ser empleados principalmente para muros interiores, por su baja capacidad de carga y alta porosidad. El procedimiento para levantar el muro de tabicón es semejante al de tabique.

Muro de block hueco de cemento y barro block Los muros de block hueco son recomendados por sus cualidades aislantes del frío y del calor. Se fabrican en forma doméstica y fabrilmente. Para comenzar a levantar el muro; se coloca después del cimiento una cadena de desplante, con 4 varillas de 3/8" y estribos de alambrón de 1/4", colocándolos a cada 20 cm. Una vez terminada la cadena se puede iniciar el muro, colocando la hilada en el sentido largo del block, uniéndolos con mortero cemento-arena 1:4.

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La colocación de los blocks debe hacerse al hilo, nivelándolos y colocándolos en forma terciada, hasta lograr la altura requerida. A cada cuatro hiladas se coloca una escalerilla Armex que hace las veces de refuerzo horizontal. En este tipo de blocks, en las esquinas se hace un hueco, ahí se coloca el castillo; este hueco sirve de cimbra donde se cuela el concreto; este refuerzo se hace con dos varillas de 3/8"; longitudinalmente se cuela a cada metro una varilla de 3/8", en el hueco que le corresponda, haciendo las veces de castillos ocultos.

Muros de celosía Para comenzar a levantar el muro de celosía, se cuela una plantilla de concreto pobre, con un espesor de 8 cm. Una vez terminada la plantilla, se puede iniciar la colocación del muro a hueso, uniendo las celosías con mortero cemento-arena 1:4. Las celosías se deben colocar al hilo y nivelarlas hasta lograr la altura requerida. Los muros calados permiten el paso del aire para ventilación, protegen del sol y obstruyen parcialmente la vista. Pueden ser construidos de diferentes materiales y servir de ornato. Su uso es indicado para lugares de clima caliente. Cuando se requiere, su estructuración se hace por medio de castillos y cadenas o con Mon-Ten.

7.5. DIVERSOS TIPOS DE MUROS DE ADOBE El muro de adobe normalmente se coloca de dos maneras: al hilo y a tizón. Al hilo, se colocan las piezas en sentido longitudinal. A tizón, se colocan las piezas transversalmente. Para pegar el adobe se usa una mezcla terciada de cal, arena y arcilla o una mezcla de cal-arena 1:6, que puede ser enriquecida con cemento. También se ha usado como mortero barro especial (atocle).

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La junta no deberá ser mayor a 3 cm de grueso, y se recomienda usar lajas pequeñas para rajuelear las juntas, las cuales ayudan a amarrar el repellado. Los muros de adobe son bastante resistentes si están a plomo, con buenos amarres y protegidos de la humedad. Los amarres nunca deberán hacerse de concreto, porque no ligan entre si, y su trabajo estructural es muy diferente; si se necesitan amarres habrá que hacer “garabatos”.

7.6. AMARRES

EN MUROS

Para proteger y garantizar mayor vida a las construcciones de adobe y tepetate, es importante hacer los “amarres o garabatos” de otro material más duradero; si ello se logra, entonces la duración del edificio, con un mantenimiento adecuado, puede ser de 30 a 40 años. Si los muros adicionalmente se protegen de la humedad por medio de zócalos de tezontle (lo mejor), de piedra o de tabique, entonces la duración aumentará y el mantenimiento será a un plazo más largo.

Procedimiento de montaje Los métodos de construcción y los proyectos de una edificación no son cuestiones independientes que deban ser abordados por dos grupos. Ninguno de los dos problemas debe ser considerado aparte sin tener en cuenta las implicaciones de la obra, sus accesos y los espacios disponibles para las fases de los procesos de construcción como la fabricación, el suministro, almacenaje y montaje se coordinen en una continua secuencia de operaciones. No obstante, la planificación del proceso debe ir más allá, con el fin de lograr la máxima productividad de las cuadrillas de operarios y del equipo mecánico de la obra. Así, se deben almacenar los materiales al alcance de la grúa y en el orden de utilización previsto, para ahorrarle movimientos a aquélla. Los materiales a grane, como el mortero, los ladrillos, el concreto (hecho en obra y/

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o premezclado) y los pequeños componentes deben ser transportados en contenedores de tamaño proporcionado a su flujo en el proceso de construcción.

7.7. MUROS

DE FERROCEMENTO

Ferrocemento. Los primeros usos del ferrocemento se remontan a mediados del siglo XIX, fecha considerada por muchos como la del primer uso del concreto armado. A principios de los años cuarenta, Pier Luigi Nervi revivió la idea original de Lambot al observar que reforzando el mortero con diversas capas de malla de alambre, se obtenía un material que presentaba extraordinarias características mecánicas y con gran resistencia al impacto. Se puede definir como “un material compuesto de mortero de cemento y de diversas mallas metálicas. De esta forma puede ser visto como un tipo particular de hormigón armado, en cuanto a su comportamiento mecánico”. El desarrollo del ferrocemento, principalmente en la parte habitacional se basa en el perfeccionamiento de sistemas que están enfocados a la industria del prefabricado y a la preelaboración de los distintos elementos componentes de una vivienda, lo que lleva consigo un control de calidad muy eficiente, tanto en la industria con el proceso de prefabricación, como también en la obra con la rapidez en el montaje. Esto permite disminuir la cantidad de partidas en obra, lo que lleva a un costo relativamente menor en relación con los sistemas tradicionales. El ferrocemento es un vocablo técnico que no debe confundirse con el concreto armado ordinario. Puede definirse como un material compuesto que consta de una matriz hecha de mortero de cemento hidráulico reforzado con diversas capas de malla continua de acero. Del mismo modo el refuerzo puede ser fibra de acero, y se están estudiando las aplicaciones de fibras vegetales.

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Características del ferrocemento Armaduras para ferrocemento. Armadura difusa: Está constituida por alambres de pequeños diámetros, formando mallas con espaciamiento pequeño, las cuales se distribuyen uniformemente dentro del mortero. Las mallas más comunes, son la malla gallinero hexagonal con abertura de una pulgada o algunas mallas electrosoldadas. Armadura discreta: Sirve de esqueleto, formada por barras de acero de pequeño diámetro sobre las cuales se sujeta la armadura difusa. También sirve de armadura suplementaria para contribuir a la resistencia, los diámetros de las barras regularmente son de 4, 6, 8 y 12 mm.

El Mortero. El cemento. Se utilizará normalmente el cemento Portland ordinario. Sin embargo, en los climas fríos puede utilizarse un Portland de fraguado rápido. A veces se utiliza un cemento Portland resistente a los sulfatos. Las dosificaciones de cemento pueden variar entre 400 a 650 kg/m3, según el elemento por fabricar.

Los Agregados. Normalmente son arenas de tamaño nominal de 5 mm; el tamaño máximo depende en definitiva del espesor. Por ejemplo, en estructuras de techumbre con nervaduras de espesor de 6 a 10 cm con varias capas de malla, donde el tamaño máximo puede ser de 10 mm. En general, las arenas deben estar constituidas por partículas duras, de forma y tamaño estable; limpias y libres de terrones, partículas blandas, arcillas, sales e impurezas orgánicas u otras substancias que por su origen o cantidad afecten la resistencia a la durabilidad del mortero. Especial importancia reviste el contenido de finos bajo malla # 50, para efecto de la terminación de los elementos. Es recomendable que como mínimo esté sobre 10 por ciento.

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El Agua. Debe ser potable, limpia y exenta de sales nocivas o materias extrañas que pueden menoscabar la resistencia del mortero

Los Aditivos. Se usan en algunos casos, aditivos plastificantes o superplastificantes, para dar al mortero mayor trabajo. En algunos casos se incorpora aire al mortero, principalmente por razones de durabilidad.

Consideraciones de diseño. En realidad, no existen normativas generadas en especial para este material, por lo que los antecedentes específicos para el diseño de elementos de ferrocemento se deben establecer en cada país, según sus condiciones particulares. En términos generales se destaca su gran capacidad a la resistencia axial, extraordinaria resistencia a la compresión, excelente flexibilidad y singular soporte al impacto.

Ventajas del ferrocemento El ferrocemento se considera como una tecnología sustentable en el desarrollo de algunas poblaciones, por diversas razones. Algunas de ellas: • Materiales básicos disponibles. • No requiere de maquinaria pesada. • Es fácilmente reparable. • Puede fabricarse de muy variadas formas. • Posee gran resistencia ante los fenómenos naturales (sismos, huracanes y tormentas de granizo). • Utiliza cerca de la quinta parte de los materiales empleados en una construcción de ladrillos o bloques de cemento. • El costo se reduce aproximadamente a la mitad del de un edificio similar construido con materiales convencionales. • No necesita de mano de obra calificada.

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Propiedades de funcionalidad: • Referente a aspectos mecánicos–estructurales, las resistencias mecánicas del material son excelentes; en el caso de la compresión axial del panel de muro da valores (panel de 0.5 x 2.25 m) sobre las 9 toneladas, de carga axial, sin presentar muestras de pandeo, alabeos o fallas locales. • La flexibilidad del material es también muy notoria, pues en los ensayos de flexión de paneles se puede apreciar flechas o deformaciones que van mucho más allá de la lógica, sin que se llegue al colapso de la estructura.

7.8. MUROS

DE CONCRETO

Este tipo de muros presenta grandes ventajas desde todos los puntos de vista; además de poder resistir esfuerzos de compresión, pueden estar sujetos a flexiones y empujes horizontales.

Figura 48. Muro de concreto.

Actualmente la construcción de muros de concreto se desarrolla mediante un sistema denominado “monolítico”, ya que se cuelan los muros en un mismo proceso, formando así un solo bloque. Este método busca cumplir con las expectativas de aquellos constructores que buscan un cambio en el sistema

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constructivo en vivienda de interés social; es decir, cambiar el sistema tradicional (muros de mampostería) por uno de colado monolítico (moldes), que presenta atractivas ventajas con respecto a los otros sistemas. Las obras realizadas con tal método, disminuyen sustancialmente el tiempo de construcción (aproximadamente 35% menos), logrando gran rendimiento y agilidad en todos los procesos y, por consiguiente, una optimización y reducción de los costos generales y de mano de obra. Los costos también se ven afectados, lo que origina una reducción del presupuesto general, este sistema presenta mayores ahorros en los costos indirectos. La principal diferencia entre el sistema tradicional y el monolítico, se presenta en el cuadro 13. Cuadro 13. Diferencia entre el sistema tradicional y el monolítico.

De igual manera existen ahorros en varias partidas, como: • Retrabados: Se eliminan los ajustes de: vanos de puertas y ventanas, fuera de “paños” de castillos, etcétera. • Acabados. Se reduce la necesidad de colocar material de base para el acabado final, se producen grandes ahorros, en revocados y emboquillados. • Menor desperdicio y rapiña. Son una excelente alternativa de construcción que permite gran facilidad en el control y manejo de la obra, debido a que los materiales para controlar son muy pocos:

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- Formaletas - Concreto - Acero - Mano de obra. En lo concerniente a la mano de obra, las mejorías que encontramos son el requerimiento de una menor cantidad de personal obrero, por ejemplo, en el proceso de obra negra de una vivienda tipo se utilizan 30 jornales en el sistema tradicional, mientras que para la construcción monolítica sólo se requiere de 20 jornales. En las obras que utilizan estos sistemas, se produce una menor cantidad de desperdicios y escombros que en obras realizadas con los sistemas constructivos tradicionales, es decir, se tiene una mejor administración de la obra. La calidad de la construcción también presenta ventajas, se tiene un mejor control de calidad de los insumos, debido a que se manejan pocos. Se garantiza una mejor supervisión del proceso. Asimismo se obtiene una estandarización en la geometría. Con este sistema se tiene una mejor administración y control, se produce una reducción de inventarios, debido a que se eliminan piezas de block, sacos de cemento y cal, etc. También se tiene una disminución de variables por administrar (materiales, proveedores y mano de obra). Al utilizar estos sistemas, se gana amplitud en los espacios interiores de las edificaciones. Cumplen con las Normas de Sismo-Resistencia, lo cual es una garantía de seguridad para los usuarios de las construcciones realizadas con estos sistemas que, por ser monolíticos resisten más ante los sismos. Son sistemas muy eficientes, pues la estructura funciona también como cerramiento.

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Los sistemas de muros de concreto son muy flexibles y se adaptan a cualquier tipo de diseño; es posible utilizarlos para ejecutar proyectos de casas y construcciones en altura.

Figura 49. Vivienda hecha a base de muros de concreto.

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MUROS DE MATERIAL PÉTREO

Las rocas o piedra natural son uno de los más antiguos materiales de construcción empleados por el hombre. Éste aprendió a trabajar y manejar la piedra natural como arma, herramienta y materia prima para la construcción de sus primeros refugios y monumentos. Muchos de estos objetos y construcciones primitivas han llegado hasta nosotros, gracias a las condiciones excepcionales del material con que fueron realizadas.

8.1. ROCAS Las rocas se encuentran en la naturaleza en formaciones de grandes dimensiones, sin forma determinada, y constituyen el principal componente de la parte sólida de la corteza terrestre. Por constituir un material natural, la piedra no precisa para su empleo más que la extracción y la transformación en elementos de forma adecuada. Sin embargo, es necesario que reúna una serie de cualidades que garanticen su aptitud para el empleo a que se destine. Estas cualidades dependen de su estructura, densidad, compacidad, porosidad, dureza, composición, durabilidad y resistencia a los esfuerzos a que estará sometida. Existen tres formas principales para utilizar las piedras en la construcción: • Como elemento resistente. • Como elemento decorativo. • Como materia prima para la fabricación de otros materiales. 141

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La clasificación más común, agrupa las piedras según su origen, dividiéndolas así: • Ígneas • Sedimentarias • Metamórficas. Labra de las piedras. Una vez extraídos los bloques de piedra de las canteras o formaciones de roca en explotación, se procede a darles la forma en que han de ser colocados en la obra. A este trabajo se le da el nombre de labra. La labra de la piedra comprende dos trabajos primordiales: el desbaste y la labra propiamente dicha. El desbaste consiste en preparar el bloque en una forma aproximada en exceso a la que ha de recibir definitivamente. Suele realizarse en la propia cantera, se dejan todas sus dimensiones unos cuantos centímetros mayores a las del elemento que de aquél debe obtenerse. Estos excesos llamados creces de cantera, tienen por objeto prevenir los posibles desperfectos que puedan producirse en el transporte y manipulación y asegurar el trabajo de la labra contra una eventual falta de material. Estas operaciones se venían haciendo manualmente, mediante herramientas especiales. En la actualidad, a partir de explotaciones de cierta importancia se utiliza una diversidad de máquinas.

8.2. LA PIEDRA

EN LA CONSTRUCCIÓN

La piedra, es el elemento más generalizado, no sólo en el ambiente rural, sino también en el urbano, dónde es fácil observar cómo las fundaciones se resuelven con material pétreo. Pero no toda la piedra es apta para la construcción, y es conveniente que antes de elegirla se realice un ensayo previo que nos dará a conocer si resiste bien a la intemperie y no es heladiza, reconociéndose prácticamente estos extremos si ha aguantado bien el aire libre, uno o dos inviernos.

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Tampoco deben emplearse piedras que estén aglomeradas con óxidos de magnesio o hierro, ya que no resistirían al aire. Los exquisitos pizarrosos y piedras que al golpe se parten en lajas, no deben emplearse, pues son piedras en que la humedad puede penetrar fácilmente. En cuanto a las piedras que absorben agua o tienden a disgregarse por las heladas, deben desecharse por completo. Una excelente piedra de construcción, es aquella que no tiene grietas ni oquedades ni en cuya rugosa superficie se adhiere mejor el material de agarre, cosa que no ocurre con las superficies lisas, que siempre estarán expuestas al deslizamiento. En el cuadro 14 pueden verse algunas características técnicas de las piedras más utilizadas: Cuadro 14. Coeficientes de trabajo de la piedra para cimientos

8.3. MUROS

DE PIEDRA

Para este sistema constructivo se debe vigilar que la piedra empleada sea mayor de 30 cm, exenta de grietas o de deficiencia que disminuye su resistencia, deben rechazarse las piedras redondas; se procurará que una de las caras del muro sea plana. Las puntas de mortero no debe ser mayores de 2.5 cm, y cuando por lo morfo de las piedras quedan espacios mayores de 3 cm, deberá acuñarse con piedras

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pequeñas o rajuelas del mismo material por lo general se emplea mortero de cal y arena 1:3:1:5. El alineamiento de los paños del muro (exterior e interior) se logra colocando hilos sobre crucetas de madera que indiquen la dirección y espesor del muro. Es conveniente levantar primero las esquinas para que sirvan de apoyo y guía a los hilos. La plomada se aplicará con frecuencia para rectificar el alineamiento y la verticalidad del muro. Cuadro 15. Rendimiento en muros de piedra

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MORTEROS

Se denomina técnicamente mortero a la unión de un aglomerante, un inerte y agua. Aglomerante es el material que permite ligar o unir. Cemento, cales y yesos son aglomerantes. Inerte es el elemento que baja el costo y permite menor contracción al fraguar. Arena y polvo de ladrillo son inertes. El agua que actúa como plastificante y provocador del fragüe. Lo que popularmente se conoce como mezcla de albañilería es en realidad un mortero. Si a los morteros se les agrega otro inerte de mayor tamaño como piedras y cascotes se convierte en concreto.

9.1. ELECCIÓN

DE LOS MORTEROS

La elección del tipo de mortero, depende del objetivo que el o los elementos necesitan cumplir. Ahora más importante es saber identificar el tipo de uso que se le dará al mortero, ya que si se toma un mortero para pegar piedra en cimientos, éste no cumplirá las necesidades para pegar tabique. Los cementos, cales, arenas, aguas y aditivos empleados en la fabricación de morteros, cumplirán las condiciones que se especifican en cada uno de los proyectos o como las especificaciones lo requieran. Grava. Proviene de la desintegración de las rocas. Se encuentra frecuentemente en: minas, revuelta con arena; en el lecho de los ríos; y se produce mecánicamente por trituración de piedra dura. 145

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Arena. Se origina por el desgaste de las rocas, hasta formar granos duros de tamaño pequeño. La arena se encuentra en minas; en las playas de los ríos y también puede producirse mecánicamente por trituración de piedra. La arena de mar no se usa en construcción por su gran contenido de materia orgánica y otras substancias que no son propiamente arena. Cal. La cal viva se obtiene al cocer en hornos —llamados calderas— piedra caliza natural o concha de mar. Para hidratarla se agrega agua poco a poco, para formar una pasta que se mueve constantemente con un rastrillo; se deja reposar hasta obtener una masa gelatinosa; para que no endurezca se tapa con arena durante seis días, y después podrá usarse para formar mezcla y mortero bastardo. Cemento. Es un material básico en la construcción moderna; se usa en morteros para pegar tabiques, ladrillos, lambrines, pisos, enchapados, piedra, entre otros. Su uso en la producción de concreto para diversos trabajos de construcción es vastísimo: puentes, presas, pavimentos, losas y en múltiples elementos constructivos que están presentes en la vivienda. Se encuentra en el mercado en sacos de 50 kilos. Al comprarlo debe verificarse que no esté pasado, lo cual se conoce porque presenta bolas duras, un cemento pasado no da la resistencia necesaria. El cemento mezclado con arena y agua produce una pasta llamada mortero, y sirve para ligar piedra, ladrillo, block, etc. Mezclado el cemento con arena fina y agua, sirve para lechadas en techos, pisos de mosaico, acabados, etcétera.

9.2. TIPOS

DE MEZCLAS Y MORTEROS

En el cuadro 16 se muestran las diferentes cantidades con las que se generan los morteros más comunes:

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Morteros

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Cuadro 16. Proporción de morteros

También se tienen proporciones para los concretos tal como se muestra en el cuadro 17: Cuadro 17. Proporciones para concreto

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9.3. CONCRETO

HECHO EN OBRA

El concreto es una mezcla “moldeable” de cemento, arena, grava y agua limpia. El mezclado en obra del cemento con sus “agregados” y el agua, deberá hacerse en un lugar limpio para que no se contamine la mezcla con tierra, basura, materia orgánica, etc.; primero se mezcla el cemento con la arena (dos pasadas con la pala), después se agrega la grava (tres pasadas) y enseguida se agrega agua, a razón de aproximadamente 30 l por saco de cemento (deberá tenerse cuidado de no agregar demasiada agua, porque a mayor cantidad de agua, menor resistencia y se traspalea); una vez preparada la mezcla, se transporta en botes o carretillas, para su colocación en los moldes o cimbras. Cuadro 18. Proporciones para distintos morteros

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Morteros

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Cuadro 19. Destino sugerido según el tipo de mortero

Mezclado adecuado para un buen mortero El procedimiento se puede realizar de dos maneras:

Mezclado mecánico: Es el realizado con revolvedora o “perita” y el más conveniente de los dos, los pasos por seguir son: 1. Agregar la mitad del agua necesaria. 2. La mitad de la arena. 3. Toda la cal. 4. Todo el cemento y el resto de la arena. 5. El resto del agua. 6. Dejar que la revolvedora agite la pasta de tres a cinco minutos hasta alcanzar la consistencia adecuada.

Mezclado manual: Generalmente utilizado para pequeñas cantidades, los pasos por seguir son: 1. Distribuir la arena en la caja de batido, bandeja o carretilla.

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2. Sobre la arena, distribuir cemento y cal. 3. Mezclar en seco los materiales. 4. Agregar agua hasta lograr una consistencia uniforme, asegurar que la cantidad no sea en exceso. 5. Lograda la consistencia, dejar reposar durante cinco minutos y remezclar nuevamente con pala, agregar agua en caso de ser necesario. Nota: llegado el momento de corregir el exceso de agua, la manera adecuada es hacerlo en forma proporcional, es decir, no sólo agregar arena sino también cemento y cal, respetando así las dosificaciones detalladas anteriormente. Cuadro 20. Consumo de morteros según el tipo de mampostería

9.4. REGLAS PARA NO

FALLAR CON LAS MEZCLAS

• El agua que se emplee en morteros y concretos debe ser limpia, preferentemente potable y desprovista de impurezas. La apta para el consumo humano es la más indicada. No deben utilizarse aguas estancadas, fangosas, procedentes de pozos que estén contaminados, pues residuos orgánicos impiden el fragüe, ni las residuales de industrias, pues pueden contener ácidos. Tampoco deben utilizarse las aguas de terrenos yesosos, selenitosos, azucaradas, aguas destiladas, de pozos con sales desconocidas ni de lluvia. • La temperatura del agua debe estar entre los 18º y los 22º.

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Morteros

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• No se debe colar, salvo precauciones técnicas, cuando hiela o nieva. • La cantidad de agua debe reducirse al mínimo necesario para lograr plasticidad y facilitar el manejo de la mezcla; el exceso de agua disminuye drásticamente la resistencia de mezclas y concretos. Mezclas con exceso de cemento o cal tienden a hacer fisuras. Mezclas con exceso de agregados como arena o polvo de ladrillo producen la disgregación por rozamiento. • En climas cálidos pueden amasarse morteros más líquidos y en climas fríos más secos. • Preparar pequeñas cantidades, pues cuando una mezcla empieza a fraguar ya no debe ser tocada. • La adherencia mejora con la rugosidad de los materiales y con el contenido de cemento y cal. • Materiales muy mojados y mezclas demasiado secas o mezclas excesivamente líquidas con materiales muy secos dan malas adherencias y pueden dejar fisuras que perduren en el tiempo. • Lluvias antes de concluir el fraguado lavan el concreto y los morteros. Las lluvias luego de este periodo son beneficiosas. Es aconsejable el riego manual posterior al fraguado Heladas momentáneas y pasajeras no son dañinas. Heladas y deshielos repetitivos tienen desastrosos efectos. • Calor moderado durante el fraguado aumenta la resistencia. Calor en exceso realiza un fraguado incompleto.

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EL USO DEL CONCRETO

El concreto armado es un material mezcla de cemento, agua, arena y grava, que al fraguar y endurecer adquiere una consistencia similar a la de las mejores piedras naturales. Puede considerarse como el conglomerante pétreo artificial que resulta de agregar grava a un mortero. Mientras se mantiene en su estado plástico la mezcla recibe el nombre de concreto fresco, y después de fraguar y endurecer el de concreto endurecido. Se consideran como gravas los fragmentos de roca con un diámetro inferior a 15 cm. Agregado grueso, es el resultante de la desintegración natural y abrasión de rocas o transformación de un conglomerado débilmente cementado. Tienen aplicación en mampostería, confección de concreto armado y para pavimentación de líneas de ferrocarriles y carreteras. Además de las rocas que se encuentran ya troceadas en la naturaleza, se pueden obtener gravas a partir de rocas machacadas en las canteras. Como las arenas o áridos finos, las gravas son pequeños fragmentos de rocas, pero de mayor tamaño. Por lo general, se consideran gravas los áridos que quedan retenidos en un tamiz de mallas de 5 mm de diámetro. Pueden ser el producto de la disgregación natural de las rocas o de su trituración o machaqueo. En cuanto a la forma, son preferibles los áridos rodados, esto es, los procedentes de ríos y playas. Los áridos naturales, de forma más o menos redondeada, dan concretos más dóciles y de más fácil colocación que los obtenidos con piedra machacada. 153

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Al concreto se le exige una serie de condiciones: según el tipo de obra el concreto resulta manejable, fácil de transportar y colocar, sin perder su homogeneidad, se dice que este concreto es dócil.

10.1. CLASES

DE CONCRETO.

El concreto ordinario se denomina simplemente concreto. En su denominación se añade el nombre del conglomerante, cuando es preciso puntualizar este extremo. Otros concretos son los siguientes: • • • • •

Concreto Concreto Concreto Concreto Concreto

ciclópeo de cascote precolado blindado aerocluso

Concreto ligero El concreto ordinario tiene un peso notorio; es de unos 2 200 kg/m³. A fin de reducir tan importante carga muerta, y para asegurar a la vez el aislamiento térmico y acústico, se fabrican concretos ligeros mediante el empleo de áridos porosos o provocando artificialmente su porosidad. Se distinguen los concretos ligeros naturales y los concretos ligeros artificiales.

Concretos ligeros naturales. En estos, el peso, la resistencia y el aislamiento dependen de la porosidad del árido y de la cantidad de cemento. La reducción de peso tiene un límite, impuesto por la resistencia mínima que debe exigirse al material con un consumo moderado de conglomerante. El tamaño más adecuado del árido se determina de acuerdo con el elemento que se fabrica. Los concretos naturales son empleados más frecuentemente:

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Uso del concreto

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• Concreto de piedra pómez. • Concreto de lava. • Concreto de escorias.

Concretos ligeros artificiales. Entre ellos se distinguen el concreto celular, el esponjoso y el de virutas.

10.2. CONSTRUCCIÓN DE MUROS DE CONCRETO ARMADO Para construir correctamente con mampuestos de concreto armado hay que tener bien claro algunos puntos básicos: • • • •

Preparación y colocación de la mezcla o mortero de asentamiento. Colocación de los mampuestos. Tomado de juntas. Impermeabilización exterior.

Morteros para colocar mampuestos de concreto armado. La elaboración y la colocación del mortero de asentamiento, deben ser realizados con mucha atención para así obtener muros con: • • • •

Buena resistencia Juntas impermeables Sin puentes térmicos e hidrófugos Adecuada terminación estética.

La exigencia de utilizar buenos morteros, no incide con la economía dado que para levantar 1 m2 de mampostería con unidades modulares de concreto se requieren 10 litros, mientras que para ladrillos macizos comunes se necesitan 90 litros.

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Materiales: La calidad de los morteros está dada por los materiales que los componen, cumpliendo cada uno con una función específica: • Cemento portland: da al mortero, resistencia y durabilidad. • Cal: (en los casos de no estar en contacto con armaduras) brinda maleabilidad, retención de agua y alguna capacidad ligante limitada. • Arena: es el relleno del mortero; proporciona el cuerpo necesario, limita la contracción y controla la fisuración. • Agua: es fundamental para que se generen las reacciones químicas del cemento y participa como lubricante. • Aditivo: necesario para obtener mezclas impermeables y más trabajables.

10.3. MUROS

PARA VIVIENDA

El objeto es brindar información sobre los bloques de concreto, sobre la mampostería para construir con ellos, y analizar los problemas más comunes, sus causas y soluciones. Cuadro 21. Dimensiones, cargas y utilización de bloques de concreto

continúa

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Uso del concreto

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Figura 50. Trabas de hilados y encuentros de muros.

Agrietamiento Causas: • Fundación sobre suelos expansivos de bajo poder portante. • Empuje de fuerzas laterales, de techos, entrepisos, vigas, etc., por acción mecánica. • Planos de debilitamiento en aberturas. • Longitudes de pared excesivas (más de 5 m). • Bloques fisurados. • Contenido de humedad superior al especificado. • Mortero de juntas inadecuado.

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Uso del concreto

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Figura 51. Agrietamiento en bloques de concreto.

Soluciones • Cadenamientos. Se disponen dos cadenamientos dentro de la pared, uno a nivel de la fundación y otro en la parte superior de la pared, que además de su función propia sirve de apoyo a la cubierta. Cuando la altura de la pared no excede los 3 m, y la distancia entre los dinteles y el borde superior no es mayor de dos hiladas, puede disponerse el cadenamiento superior a la altura de los dinteles, y se eliminn éstos. En paños de paredes de más de 3 m de altura, sin aberturas, conviene disponer un tercer cadenamiento a media altura y vincularlo con los otros mediante una refuerzo vertical en forma de columna, ubicado cada 3 o 4 m, y se obtiene armando los agujeros de los bloques que se corresponden en vertical.

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• Refuerzos horizontales. Otro sistema consiste en disponer dos barras de acero de 6 mm de diámetro cada una dentro del mortero de las juntas horizontales en una o más hiladas. Estas armaduras deben circundar el perímetro de la construcción. Otra forma de refuerzo horizontal consiste en emplear una malla de acero formada por dos barras longitudinales de 3.6 mm de diámetro c/u, unidas mediante barras transversales soldadas cada 20 cm. Este tipo de refuerzo debe preverse también en los antepechos de ventanas debiéndose extender como mínimo 20 cm. a cada lado del vano. • Los vanos deben reforzarse también verticalmente, con barras de 10 mm de diámetro en cada uno de los agujeros coincidentes de los bloques, en toda la altura del vano y extendiéndolas por encima del dintel y por debajo del refuerzo de los antepechos. • Juntas de control o de contracción. Con bloques enteros y medios bloques se dispone una junta vertical; las juntas verticales de los bloques se rellenan con mortero plástico. Alternativa A. se rellena el conducto resultante con concreto o mortero resistente, previo pintado de la cara interna del bloque para evitar adherencia. Alternativa B. se colocan en hiladas alternadas pasadores de alambre de ø 4 mm y 40 cm de longitud.

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Uso del concreto

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Figura 52. Alternativas de juntas de control o de contracción.

• En los encuentros de techos, entrepisos y pisos con el muro deberán dejarse cámaras de aire para permitir el trabajo de los diferentes materiales que allí concurren.

10.4. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS QUE DEBERÁN CUMPLIR LOS BLOQUES

• Resistencia a la ruptura por compresión. Cuadro 22. Resistencia a la ruptura por compresión (Mpa)

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• Absorción de agua. La absorción de agua de los bloques no será mayor que 240 kg/m de concreto, es decir 24 por ciento. La absorción de agua promedio de la muestra no será mayor que 220 kg/ m de concreto, es decir 22 por ciento. • Contracción por secado. Deberán verificarse las características de la siguiente tabla. Cuadro 23. Características de contracción por secado

• Mortero de juntas. El espesor del mortero de las juntas no deberá ser mayor de 12 mm. Cubrirá completamente, vertical y horizontalmente las paredes laterales de los bloques. Las juntas verticales serán empujadas fuertemente. En las paredes exteriores el mortero de las juntas deberá sobresalir y ser enrasado con la superficie de la pared y cuando haya fraguado parcialmente, será comprimido y compactado con una herramienta adecuada. En paredes destinadas a ser revocadas, el mortero de las juntas será enrasado con la superficie del parámetro.

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Uso del concreto

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Cuadro 24. Proporción de agregados en morteros

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PRUEBAS DE LABORATORIO

En el laboratorio se hicieron ensayos de muros de diversos materiales, como tabique, block, madera y bambú. Para encontrar doble función de soporte de carga y estabilización. Para esto fue necesario obtener un esfuerzo correcto en kg/cm2; como éstos son materiales heterogéneos, se tuvo que aplicar un esfuerzo–deformación con la finalidad de conocer sus propiedades físico-mecánicas y así saber sus límites de proporcionalidad elástica y plástica, con el objetivo final de poder diseñar con el mejor material y dar el grosor que uno desee a los muros. Al utilizar la ley de Hooke, podemos conocer esos límites y nos ayudan al diseño. Hooke nos dice que la deformación es directamente proporcional al esfuerzo. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar deformado se denomina límite de elasticidad, y la reacción entre el esfuerzo y la deformación están determinados por la estructura molecular del material (fig. 53).

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Figura 53. Gráfica de esfuerzo-deformación.

Como los materiales mencionados son materiales heterogéneos no se tiene localizado su límite elástico, pero en laboratorio se puede obtener su límite de ruptura y así obtener un porcentaje. Con esto último se tienen los datos suficientes para poder dimensionar muros a nuestras necesidades, sean estructurales, ambientales y estéticos. En el laboratorio los ensayos se hicieron a los materiales siguientes: tabique, block, madera, bambú.

11.1. PRUEBA

EN MADERA

Objetivo: Encontrar el esfuerzo máximo a la flexión en una probeta de madera tipo cedro blanco, ocupando una maquina de tracción–compresión que aplica una carga de 10 toneladas.

Figura 54. Dimensiones de la probeta 1 en madera.

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Pruebas de laboratorio

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Esfuerzo máximo a la flexión y ruptura Fuerza máxima = 340 kg/m2

Foto 1. Colocación de la probeta 1 de madera en la máquina de tracción-compresión.

Foto 2. Aplicación de la carga a la probeta 1 de madera.

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Foto 3. Vista general de la máquina y la probeta 1.

Foto 4. Probeta 1 de madera en el punto de ruptura.

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Pruebas de laboratorio

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Flexión-compresión Resistió 4 440 kg Fallo con deslizamiento por excentricidad con cortante ± 45º

Se trabaja con la ruptura

Foto 5. Colocación de la probeta 2-prueba flexión compresión

Foto 6. Vista general, probeta 2 en máquina flexión-compresión.

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros

Foto 7. Falla con deslizamiento por excentricidad con cortante ± 45º en probeta 2.

11.2. PRUEBAS

EN BLOCK

De dos celdas con las siguientes dimensiones 40 x 12 x 19 cm.

Compresión Resistió 19 150 g.

Foto 8. Colocación del block en la máquina de compresión.

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Pruebas de laboratorio

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Foto 9. Aplicación de la carga en el block.

Foto 10. Detalle de la falla en el block.

11.3. PRUEBAS

EN TABIQUE

Tabique rojo recocido con las siguientes dimensiones 24 x 12 x 5 cm.

Compresión Resistió 21 481 kg

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Foto 11. Colocación del tabique en la máquina de compresión.

Foto 12. Aplicación de la carga en el tabique.

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Pruebas de laboratorio

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Foto 13. Detalle de la falla en el tabique.

11.4. PRUEBAS

EN BAMBÚ

Figura 55. Dimensiones de la probeta 1 de bambú.

Esfuerzo a la flexión y ruptura 1) Fuerza máxima = 340 kg/m2

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Figura 56. Dimensiones de la probeta 2 de bambú.

2) Fuerza máxima = 160 kg/m2

Foto 14. Colocación del bambú en la máquina de flexión-compresión.

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Pruebas de laboratorio

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Foto 15. Aplicación de la carga en el bambú.

Foto 16. Inicio de la ruptura en la probeta de bambú.

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Foto 17. Detalle de la falla en el bambú.

Compresión 1) Resistió 1 510 kg

Foto 18. Colocación de la probeta 1 de bambú en la máquina de compresión.

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Pruebas de laboratorio

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Foto 19. Aplicación de la carga en la probeta 1 de bambú.

2) Resistió 3 950 kg

Foto 20. Colocación de la probeta 2 de bambú en la máquina de compresión.

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros

Foto 21. Aplicación de la carga en la probeta 2 de bambú.

11.5. PRUEBAS

EN MATERIAL SATURADO

Se ensaya con estos materiales estando la probeta totalmente saturada en la máquina de Tracción-Compresión.

Pruebas en tabique de barro Tabique de barro con las siguientes dimensiones 5 x 11.7 x 23 cm.

Compresión Resistió 31 540 kg.

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Pruebas de laboratorio

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Foto 22. Colocación del tabique saturado en la máquina de compresión.

Foto 23. Aplicación de la carga en el tabique saturado.

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros

Foto 24. Detalle de la falla en el tabique saturado.

Pruebas en block saturado Block con las siguientes dimensiones 39 x 19 x 19 cm.

Compresión Resistió 24 380 kg.

Foto 25. Colocación del block saturado en la máquina de compresión.

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Pruebas de laboratorio

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Foto 26. Aplicación de la carga en el block saturado.

Foto 27. Detalle de la falla en el block saturado.

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros

Para la decisión más adecuada, en el momento de proponer los materiales de construcción para muros. Contando con comodidad y seguridad en el espacio donde se habita, de acuerdo con las características necesarias de cada tipo de edificación. Se deben tener, entre otras, las siguientes pruebas de resistencia de materiales desarrolladas: • Los métodos de construcción y los proyectos de una edificación no son cuestiones independientes que deban ser abordados por dos grupos. Ninguno de los dos problemas debe ser considerado aparte sin tener en cuenta las implicaciones de la obra, sus accesos y los espacios disponibles para las fases de los procesos de construcción, donde la fabricación, el suministro, almacenaje y el montaje se coordinen en una continua secuencia de operaciones. • Con casi todos los materiales utilizados en muros, el grosor necesario para satisfacer las condiciones de control ambiental es tal, que las tensiones debidas a la carga estructural son considerablemente menores que las admitidas por los reglamentos. No obstante, en algunos edificios grandes, puede ser necesario recurrir a espesores y otras dimensiones determinados por los reglamentos y normas de construcción, a fin de satisfacer los requerimientos estructurales. • La capacidad térmica de un material determina el ritmo con que varía su temperatura y, en consecuencia, también el del movimiento. La orientación determinará la exposición de los muros y su posible contenido en agua. Las proyecciones de los aleros en los coronamientos contribuyen de modo importante a mantener secos los muros y a conservar su valor de aislamiento. Finalmente con la ayuda del laboratorio se obtienen los datos suficientes para poder diseñar muros con las exigencias de los elementos de un sistema estructural y de control ambiental.

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LOS MUROS COMO ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL AMBIENTAL

Aquí se trata principalmente de la función que tienen los muros en el sistema del control ambiental, en específico de un edificio; sobre todo del comportamiento del edificio con respecto al calor, el cual se complementará en el siguiente capítulo, junto con el comportamiento que presentan al sonido, al movimiento del aire y a ciertos aspectos de la penetración del agua.

12.1. CARACTERÍSTICAS

TÉRMICAS

Al considerar las características térmicas de un muro, se debe prestar atención a tres formas importantes de comportamiento térmico y a sus efectos sobre el confort de sus habitantes. 1. La resistencia térmica de los materiales del muro, o sea, la medida de la velocidad de transmisión, por conducción del calor a través del muro. El interior de un edificio suele estar a mayor temperatura que el aire exterior. Así, existe un gradiente de temperatura desde los más altos, correspondientes a las superficies interiores, a las más bajas de las superficies exteriores. La velocidad de transmisión de calor se calcula como coeficiente de transmisión térmica (o valor U) del muro (idem).

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros

Figura 57. Representación gráfica de las unidades térmicas utilizadas.

2. La capacidad térmica del muro o cantidad de calor necesario para aumentar la unidad de volumen del muro en una unidad de temperatura. Así, a mayor capacidad térmica, mayor cantidad de calor debe ser absorbida por el material del muro para que aumente su temperatura en una cantidad determinada. Al producirse el enfriamiento, el calor almacenado se disipa por radiación. La intensidad de este fenómeno depende de la diferencia de temperaturas entre el muro y su entorno y, evidentemente, la persistencia de la radiación depende de la cantidad de calor inicialmente almacenada. 3. Movimiento del aire a través de puertas, ventanas y materiales de las paredes de los edificios. En muchos casos, ésta es la fuente de pérdida y ganancia térmicas más importantes y de acción más rápida.

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Los muros como elementos de un sistema de control ambiental

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Cada uno de estos tres aspectos del comportamiento térmico se considerará con más detalle a continuación, junto con su influencia en el mantenimiento de más condiciones requeridas.

Resistencia térmica En los reglamentos existentes se estipula que ciertos muros exteriores tendrán determinados valores mínimos de U. No obstante, el proyecto de un adecuado aislamiento con el que se logran estos valores de U no basta para asegurar unas condiciones térmicas satisfactorias; se deben considerar muchos más factores. Éstos influirán directamente en el confort e incluirán la capacidad térmica y el movimiento del aire. En la pérdida directa del calor por transmisión a través de los muros, intervienen la forma del edificio y su orientación. La forma de edificación determinará la relación entre superficie de paramentos exteriores y la superficie total, a través de la cual puede tener lugar la pérdida de calor. La orientación determinará la exposición de los muros y su posible contenido de agua. Los materiales porosos, que pueden ser buenos aislantes cuando están secos, son bastante inferiores al respecto cuando están húmedos. Ello se debe a que el agua absorbida que sustituye el aire intersticial, tiene una resistencia térmica 20 veces menor. Las proyecciones de los aleros en los coronamientos contribuyen de modo importante a mantener secos los muros y a conservar su valor de aislamiento.

Conductividad térmica, k Medida por la cantidad de calor que pasa por la unidad de grosor, por la unidad de superficie de material y por la unidad de tiempo, al mantener una diferencia de temperatura unida entre ambas caras.

Resistividad, r Recíproca de la conductividad. Estas medidas se encuentran entre las propiedades de los materiales.

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Conductancia térmica, C Y su recíproca, la resistencia, R, unidades de la misma naturaleza, pero referidas a la propiedad de cualquier grosor de material utilizado.

Transmisión térmica, U Y su recíproca, la resistencia total del aire-aire, Raa, unidades de la misma clase, pero referidas aquí a la transferencia de calor del aire de una para la otra, o bien a un conjunto de una o varias capas, considerando las resistencias superficiales de todo el conjunto. En la figura 58, se ilustran estas unidades. Sus valores dependen de las condiciones físicas en que se usan los materiales. Tanto el contenido en humedad como el grado de exposición influyen en la cantidad de calor transmitida, al igual que la capacidad térmica de los materiales y la emisión calórica de su superficie. Por tanto, para calcular las pérdidas caloríficas a través de los muros es necesario partir de ciertas hipótesis y aceptar aproximaciones. Así, en la mayoría de los casos se tiene suficiente precisión al asignar unos valores a las resistencias superficiales: Rso = 0.053 m2 °C/W y Rsi = 0.123 °C/W. La resistencia de una cavidad hermética de 50 mm puede considerarse de 0.176 m2 C/W sin gran error. Los sufijos so, si, se refieren a las superficies exteriores e interiores, respectivamente. Para paredes de varias capas (fig. 16) la transmisión térmica o valor U viene dada por: U= 1 (Ra + Rb + ..... + Rn + Rsi + Rso) Donde las R son las resistencias térmicas de las capas y Rsi, Rso, las resistencias de las superficies internas y externas, respectivamente.

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Los muros como elementos de un sistema de control ambiental

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Figura 58. Pared de varias capas: cálculo de la transmisión térmica.

La resistencia térmica de una capa es el producto de su resistividad r por su grosor s. La resistividad es la inversa de la conductividad térmica k, del material de la capa. [Las expresiones anteriores se pueden utilizar en otros términos: U = 1 / (ra sa + rb sb + ..............+ rn sn + Rsi + Rso) y

Sa sb sn U = 1/( —— + —— +............+ — + Rsi + Rso) ka kb kn

Ejemplo: cálculo de la transmisión térmica (valor U) de un muro hueco de ladrillo y bloques enyesada interiormente (fig. 59).

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Procedimientos constructivos y ambientales energéticos en muros

Figura 59. Transmisión térmica en un muro hueco.

Conductividad de los materiales:

ladrillo bloques yeso

k = 0.84 W/m ºC k = 0.19 W/m ºC k = 0.16 W/m ºC

Resistencia de cavidades y superficies: Cavidad, R = 0.176 m2 ºC/W Rso = 0.053 m2 ºC/W Rs = 0.123 m2 ºC/W 1 U = ————————————————————— Rso + Ra + Rb + Rc + Rd + Rsi 1 U = ———————————————————————— W/m2 ºC 0.053 + Sa + 0.176 + Sc + Sd + 0.123 ka kc kd 1 U = ——————————————————————————— 0.053 + 0.105 + 0.176 + 0.1 + 0.016 + 0.123 0.84 0.19 0.16 U = 0.906 W/m2 ºC

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Capacidad térmica La capacidad térmica expresa el grado de “rerradiación” durante los periodos más fríos, del calor absorbido por los materiales de construcción durante los periodos más cálidos del ciclo diario de temperaturas. En climas de amplio intervalo diurno de temperaturas, los edificios de mayor capacidad térmica actúan como acumuladores de calor y tienden a suavizar las variaciones de temperatura interna en relación con las mayores desviaciones externas. Es interesante considerar los efectos del aislamiento térmico y de las ventanas en relación con la capacidad térmica. El sol que entra por las ventanas calienta los muros interiores, los suelos y otros materiales, lo que equivale a un acumulador de calor que tiende a nivelar las fluctuaciones de temperatura interna al radiar el calor almacenado. Si las ventanas son grandes, este efecto puede ser causa de intensos sobrecalentamientos en periodos soleados. La fuente de esta radiación calorífica es principalmente el material interior del edificio, mientras que la superficie queda disminuida por las ventanas. Sin embargo, cuando el muro exterior está aislado, su potencial de radiación disminuye aún más, porque si el aislamiento es por la cara interna del muro, los efectos de las variaciones de temperatura no pueden transmitirse del todo a la cara exterior. En cambio, si el aislamiento ocurre en la cara externa, el muro adquiere la temperatura del interior y ésta variara poco durante el ciclo diario. Si las superficies interiores de las habitaciones están revestidas de material aislante, no es posible aprovechar el acumulador de calor que representa la capacidad térmica del material. Esto significa que durante los periodos de enfriamiento, las habitaciones se enfriarán más rápidamente que si el aislamiento no existiese. En cambio, durante periodos de “calentamiento” las habitaciones se calientan antes. En edificios que se ocupan intermitentemente, y que se calientan sólo mientras se utilizan, estos revestimientos resultan ventajosos porque aseguran un tiempo de precalentamiento corto, y se desperdicia poco el calor almacenado por el material e irradiado luego hacia el interior vacío.

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En habitaciones con calefacción permanente y en uso constante, los muros sin revestir dan el necesario acopio térmico y amortiguan el clima interior contra los cambios de temperatura más rápidos debidos a la ventilación natural.

Movimiento del aire Las ventanas y las puertas suelen ser causa de movimientos del aire que ayudan a lograr o malograr bienestar durante el año; sin embargo, condiciones óptimas de ventilación propician la aproximación a situaciones de bienestar térmico en el interior de las edificaciones. De acuerdo con Hinz, la ventilación tiene tres funciones: La renovación del aire interior del lugar, proveer bienestar térmico al incrementar la pérdida de calor del cuerpo por evaporación y enfriar al edificio. Todo esto depende de las condiciones climáticas de la región. Dentro de las actividades que se realizan en un espacio, el flujo del aire debe orientarse hacia la ventilación, y la corriente de aire debe estar dirigida hacia la ubicación de las aberturas de entrada y de la ubicación de entrada.

12.2. PREDICCIÓN DE

LA CONDENSACIÓN

La condensación ocurre cuando la temperatura del aire desciende por debajo del punto de rocío para la cantidad de vapor de agua (tensión de vapor) contenida en el aire. Esta situación puede surgir como consecuencia del contacto del aire húmedo con una superficie fría. Los revestimientos de mortero de cemento o de fibrocemento se enfrían rápidamente por irradiación directa al ambiente en noches claras y de calma. Las temperaturas superficiales pueden descender muy por debajo de la del aire ambiente, en cuyo caso el vapor de agua disuelto en el aire puede condensarse sobre la superficie enfriada. Esto puede suceder tanto en el interior de una pared así revestida como en la superficie externa. En cambio, debido a su elevada capacidad térmica, un grueso muro de mampostería cambia su temperatura de un modo mucho más lento que el aire ambiente. De ahí que pueda

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recibir condensación si se presenta un incremento de temperatura y de humedad del aire. Esto es lo que ocurre cuando se cocina o cuando se usa el baño en el interior de una vivienda. Como se mencionó, es importante recordar que una de las posibilidades de la condensación es que aparezca en los propios materiales de construcción del muro cuando el gradiente de temperatura a través del espesor de aquella desciende por debajo del punto de rocío. Como referencia y para los cálculos que se deseen realizar. En los cuadros 25 y 26 se encuentran tabulados otros ejemplos de propiedades de los materiales. Cuadro 25 Propiedades térmicas de los materiales, superficies y huecos

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Cuadro 26. Resistividad térmica de los materiales

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12.3. COMPORTAMIENTO

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ACÚSTICO

Las tres propiedades más importantes de un muro en cuanto a aislamiento acústico son: 1. Masa 2. Hermeticidad del aire 3. Falta de rigidez. Para comprender la importancia de dichos factores bastará considerar brevemente la naturaleza de la energía sonora. El sonido se propaga por una sucesión continua de compresiones y rarefacciones en el medio que atraviesa (4). Las membranas de gran masa colocadas en la trayectoria de propagación de las ondas sonoras en el aire son menos capaces de responder a las vibraciones continuas de la presión del aire que las de menor masa. Así, transmiten peor el sonido y lo aíslan mejor (fig.60).

Figura 60. Conductividad térmica para 1% de contenido de humedad.

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Figura 61. Conductividad térmica y densidad aparente en seco.

Las membranas impenetrables al aire no permiten el paso directo de las sucesivas variaciones de presión a través de su material. Por tanto, el aislamiento acústico mejora. Las membranas rígidas colocadas en la trayectoria del “tren de ondas” vibran por “simpatía”. Aunque sean herméticas al aire, determinan nuevos trenes de ondas en la cara opuesta a la de la fuente sonora. De ahí que las membranas rígidas no aíslen bien el sonido. El aislamiento del sonido no debe confundirse con su absorción. El aislamiento se refiere a la capacidad de una barrera de impedir el paso de la energía sonora del aire situado del lado del emisor, al aire situado al otro lado; la absorción se refiere a la incapacidad del material de reflejar la energía recibida de un emisor. Cuando conviene evitar el eco, es importante revestir las superficies reflectantes con materiales que absorban el sonido. Estos materiales suelen presentar profundas grietas y ser porosos. Por lo cual permiten el paso del sonido, pero presentan pocas superficies planas sobre las que pueda producirse la reflexión.

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Los materiales de este tipo no siempre contribuyen al valor total del aislamiento de la pared a la que se aplican. En estructuras simples es muy difícil lograr un alto nivel de aislamiento acústico. Al igual que para el aislamiento térmico, la planificación y la cuidadosa organización espacial en el proyecto de edificios son los medios más importantes para la reducción de las molestias ocasionadas por el sonido.

Muros exteriores Existe poca información sobre el aislamiento de los muros exteriores, la relativamente pequeña capacidad aislante de puertas y ventanas, eclipsa el superior valor aislante de los macizos muros exteriores utilizados en la construcción de edificios. Las ventanas abiertas hacen que el valor de los muros exteriores sea relativamente insignificante. En la tabla 26 se da el aislamiento neto aproximado de un muro exterior de 265 mm o su equivalente, para una variedad de tipos de ventana que represente cerca de la mitad del área total del muro. En los edificios cuando se tiene ventilación natural. Si esta se logra al abrir las ventanas, no hay manera de mantener un grado aceptable de aislamiento acústico. En cambio, si la ventilación se consigue mediante conductos se deben proyectar éstos con grandes precauciones y revestirlos con materiales que absorban el sonido. Cuadro 27. Aislamiento de ventanas en muros de 265 mm

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Muros interiores Un muro de tabique de ladrillo hueco o de ladrillo macizo debe tener aislamiento adecuado contra la transmisión aérea del sonido, aquí cabe esperar un factor de reducción de 50 a 55 dB. La experiencia y la observación muestran que estos muros han resultado bastante satisfactorios como medianeros entre viviendas. En la construcción tradicional, se puede conseguir la calidad correspondiente al grado de muro medianero con obra maciza cuando el peso no es inferior a 415 kg/m2, los muros únicamente deben satisfacer los requerimientos de grado para el sonido aéreo. Para elementos que no sean los suelos, no existen normas concretas para la transmisión del sonido por impacto. Los valores de aislamiento de ésta y de otras calidades conocidas para el sonido aéreo aparecen en el cuadro 28. Cuadro 28. Valores de aislamiento para el sonido

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Tabiques Con muros macizos de tabique o de bloques enlucidos por ambos lados, se puede reducir el sonido de 35 a 40 dB entre habitaciones. En casi todas las paredes uno de los medios más importantes para atenuar al máximo el sonido es el enlucido por ambos lados. El enlucido no sólo contribuye al mayor peso de la construcción, sino que actúa también de cierre hermético contra las paredes y suelos vecinos, además tapa los poros de una pared confiriéndole hermetismo. La construcción en seco, uno de los resultados del creciente uso de componentes prefabricados para rápido montaje en obra, presenta graves inconvenientes con respecto al aislamiento del sonido. Actualmente se están incluyendo materiales flexibles que absorban sonido, como el uso lanas de vidrio o de lana mineral.

12.4. ASPECTOS

BIOCLIMÁTICOS EN MUROS

Después de plantear el carácter general, diversos aspectos estructurales de diseño, de funcionamiento, etc. de los muros, pasaremos a comentar diversas

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cuestiones relacionadas con éstos, desde el punto de vista de una arquitectura que hemos convenido en llamar bioclimática. Cuando imaginamos convencionalmente un edificio, quizá son sus muros lo que en mayor medida identificamos en su forma e incluso en su funcionamiento, aunque en un análisis riguroso deberán ser sus cubiertas las que adquieran el verdadero protagonismo de la formación del espacio interior; sin embargo, damos la máxima importancia a esas paredes que tan aparentes son a nuestra vista. Incluso cuando en ellas existen aberturas, las entendemos mejor como espacios vacíos en estas superficies que son la apariencia positiva de la arquitectura, y hablamos en términos del vacío y el lleno de una fachada. Los muros no sólo son imagen o soporte estructural, en ellos y con ellos se actúa de forma decisoria sobre el ambiente interior de los edificios, hasta el punto de que podamos hablar del “clima de los muros”, entendiendo por muros, en sentido amplio, a todas las paredes opacas que separan el espacio interior del exterior. Conceptualmente, los muros son barreras, separación entre un ambiente controlado y otro que no lo está. Así, si se entiende la arquitectura como abrigo o protección de agresiones del mundo exterior, la denominación de barrera por los elementos o componentes que cumplen este papel será la que mejor definirá esta forma de ver la arquitectura. Ahora bien, cuando se piensa en una barrera, se asume una separación total, perfecta, cosa que nunca se cumple por entero con los muros que construimos. Para ciertos agentes exteriores, como es el caso de la radiación visible (la luz) y el del viento (el aire), esta acción de barrera es perfecta o casi perfecta. En cambio, otros agentes, como el calor, el sonido o la humedad, no son del todo contenidos por los muros; aunque conceptualmente así lo desearan, casi siempre, el arquitecto y el usuario. Por otro lado, el efecto de barrera debe considerarse en ambos sentidos, y por ello conviene analizar no sólo los efectos que entran, sino también los que salen.

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A veces interesa una barrera respecto de un agente exterior, como el agua, pero a la vez convendría que pudiera salir la misma materia, en este caso, la humedad del aire interior. De este tipo de contradicciones nace, precisamente, la sutil variedad de la acción de los muros y de sus efectos sobre el ambiente. Pero, además, los muros interaccionan en el ambiente, no sólo contienen o dejan pasar las energías, sino también éstas influyen sobre las cualidades de este ambiente. Al reflejarse la luz y al rebotar el sonido, el espacio interior cambia sus características y, por ello, un acabado interior de uno a otro tipo (calor, textura, porosidad, etc.) puede a veces influir más sobre el ambiente resaltante que las dimensiones o la forma del espacio. Por último, si nos centramos en el tema climático, entendido como el comportamiento térmico de la arquitectura. Los muros tienen una función esencial en las condiciones interiores, porque no sólo actúan de barrera al paso del calor, sino porque, además, son capaces de acumular energía térmica, y este efecto puede ser decisorio sobre las condiciones de habitabilidad de un edificio. Como se advierte, los factores expuestos que intervienen en el clima de los muros, son derivados del papel que tiene la arquitectura; a continuación, con mayor detalle, comentaremos la acción de este clima sobre los espacios interiores.

12.5. LOS

MUROS Y LA RADIACIÓN

Son quizá el primer tema por abordar dada su doble influencia: térmica y lumínica, y la importancia del tema radiante. Los muros, como se ha visto, son obstáculos a la radiación en general y barrera para la luz. En realidad, el proceso de funcionamiento puede analizarse de la forma siguiente: Los muros del edificio reciben la radiación solar incidente, sea directa, difusa o reflejada. De esta radiación, y según el acabado superficial del muro, una parte es reflejada y otra absorbida, sin que pueda considerarse que exista nin-

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guna parte transmitida directamente hacia el interior. Conforme a este análisis, no hay penetración directa de radiación a través de los muros y, por tanto, tampoco penetración de luz. La parte absorbida de la radiación (más reducida cuanto más claro sea el color de la pared), se transforma en energía térmica que calienta el muro. Ésta transmite parte del calor hacia el interior, donde lo cede calentando directamente el aire y, además, emitiendo radiación (no luz) hacia el interior. En este sentido, consideramos que aunque el muro se comporte como barrera casi total a la radiación, no lo es respecto de la energía térmica que esta radiación comparte, lo que puede resaltar especialmente crítico para el funcionamiento en el verano. Aparte de su comportamiento respecto de la radiación solar que reciben, los cerramientos opacos de los edificios también están involucrados en otros fenómenos radiantes. Como cualquier superficie por encima del cero absoluto de temperatura, emiten radiaciones de onda larga, que se contrapone a la radiación que reciben desde el entorno. Normalmente tales intercambios son poco significativos, pero cuando el entorno es muy frío y envía muy poca radiación hacia el muro, ésta se enfría de forma notable. Éste es el caso de las condiciones nocturnas en climas secos, donde el cielo oscuro envía poca radiación a cambio de la que recibe de los edificios y, por ello, las superficies expuestas llegan a enfriarse muy por debajo de la temperatura del aire. El resultado final de los procesos radiantes sobre los muros, es que éstos se convierten en alucinaciones energéticas de diversos procesos, que repercuten en su estado térmico: como pérdidas y ganancias a lo largo del tiempo, y como consecuencia en las condiciones ambientales interiores.

12.6. LOS

MUROS Y EL CALOR

Es el segundo tema que se abordará, en parte consecuencia del anterior, ya que la radiación (como hemos visto) acaba reflejándose en el estado térmico del muro. Pero además de este efecto de la radiación, simultáneamente y en paralelo existe el de la transmisión de calor entre el aire interior y el exterior.

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Aunque uno y otro efecto se superponen, resulta físicamente correcto tratarlos con total independencia y compensar luego sus resultados, lo que además tienen sentido desde el punto de vista del proyecto arquitectónico. En la transmisión del calor aire–aire a través de los muros, se acostumbra considerar un caso teórico uniforme e infinito, donde el calor pasa de uno a otro ambiente en sentido perpendicular al cerramiento y en forma de un flujo constante de energía, que corresponde con condiciones estables del aire interior y exterior. Con este planteamiento, la acción crítica del muro se deriva de su aislamiento que, como sabemos será tanto más grande cuanto mayor sea el grueso del material aislante que esté incluido entre sus capas (aislante: material ligero que mantiene burbujas de aire inmovilizadas, que aíslan el peso del calor). Pero, en la práctica, la realidad es muy distinta. Los muros no son infinitos y presentan accidentes, aberturas y otras irregularidades que alteran el flujo de calor y, sobre todo, las condiciones no son estables a ambos lados del muro, donde las temperaturas cambian con el tiempo, en especial en los exteriores. En estas circunstancias cobra singular importancia la capacidad acumuladora de calor del propio muro. La transmisión de calor a través del muro, en condiciones variables queda afectada por la inercia del propio muro, que es revisión directa de su peso; la inercia amortigua el tiempo, los efectos de los cambios en la temperatura, y da lugar a flujos de energía más regulares de los que se producirán en un cerramiento sin inercia, y reduce la oscilación de temperatura en la cara interior, respecto de la que actúa sobre la cara exterior del muro. Como en la práctica la temperaturas exteriores pueden oscilar en tres ciclos (el día–noche, el de días sucesivos con cambio de clima, y el anual), conviene ver la repercusión de esta inercia de los muros sobre dichos cambios. Los efectos son poco apreciables en el ciclo anual, ya que el retraso que pueden producir los muros en el paso del calor, hace que los máximos periodos fríos o cálidos se noten en el interior una o dos horas más tarde, siendo estas variaciones poco relevantes en el curso de un año.

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En el ciclo de días sucesivos, la inercia de los muros cobra bastante importancia. Los retrasos de horas o días y la amortiguación en la oscilación de las temperaturas, de varios grados, son suficientes como para que los interiores así protegidos tengan condiciones térmicas, medio más estable (o sea en general más favorable) que el exterior. Por ultimo, en el ciclo día-noche, la inercia es decisiva, representa los retrasos (mayores de seis horas, en muros normales) y la amortiguación (reductora hasta menos de 10 %) un efecto crucial sobre la respuesta térmica interior. En la práctica, las inercias de las paredes son relativamente fáciles de corregir, los resultados arrojan que en su interior no se noten las oscilaciones exteriores diarias. Pero los efectos de la inercia de los muros no terminan aquí. Además del que tiene sobre la transmisión del calor, existe el de su acción directa en el exterior como captora y censora de dicho calor. En tal caso, las paredes ayudadas por los elementos constructivos interiores (muros, tabiques, forjados, etc.) y por el propio mobiliario u otros materiales contenidos en el interior del edificio. Siempre en función directa de su peso, todos los materiales situados en un interior se cargan de energía térmica cuando la temperatura lo permite; cede el calor cuando la temperatura baja, y contribuye a estabilizar la temperatura interior. Entre los materiales pesados de un interior; el agua que puede estar contenida en cualquier tipo de recipiente, presenta especial interés. Al tratarse de un material con capacidad calorífica de construcción, para un mismo volumen, y así, aunque pesa la mitad que otros materiales resulta el mejor acumulador posible de calor para el interior. En resumen, la relación entre los muros y el comportamiento radiante y térmico, en términos generales, la construcción pesada es favorable como amortiguadora de las variaciones climáticas exteriores. Por eso, en todo tipo de clima, excepto en los cálido–húmedos, es aconsejable que los edificios dispongan de elementos constructivos pesados, y con mayor motivo si son edificios de ocupación permanente.

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El único inconveniente quizá sea en lo constructivo en estos tipos de arquitectura, en especial por su repercusión acusada en el dimensionado de los componentes resistentes de la estructura del edificio. Y un tercer tema por tratar; las paredes y el sonido, que puede reafirmar la conveniencia de los paramentos y separaciones pesadas en la arquitectura. Como es sabido los problemas acústicos básicos en nuestra sociedad moderna son los causados por la penetración incontrolada de sonidos no deseados (ruidos) en los ambientes habitados. En esta entrada de ruidos, sean procedentes del exterior o de locales vecinos, los paramentos de separación desempeñan un papel fundamental. Además, resulta que el aislamiento acústico de un panel separador (forjado, etc.) es función, casi directa de su peso, creciendo este aislamiento en una serie de decibeles cada segundo que se dobla dicho valor. Según estas premisas, y suponiendo que no existan discontinuidades en la separación, cuanto mayor sea su masa en kg por m2, mejor será su aislamiento acústico. Este principio será importante para mejorar las separaciones ligeras, donde su incremento de aislamiento de 6 dB será notable, pero en el caso de muros que ya tienen poco peso, el costo elevado de doblar éste no estará justificado por la (relativamente) escasa ganancia de 6 dB.

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CONCLUSIONES

Al finalizar este trabajo, podemos concluir que se ha pretendido dar importancia sobre todo a la ejecución de muros de diversos tipos y al de sus materiales, así como al uso de métodos de construcción. Además, esta investigación trata del empleo y de las características de los materiales y conjuntos que predominan actualmente y que parece que continuarán prevaleciendo durante muchos años. La información que se recopiló es de muy diversas procedencias, aunque es menos detallada que la original, resultará más útil para los proyectistas y estudiantes al dar una idea general del tema, sin concretarse en una especialización. Los diversos capítulos que trata este trabajo son relativamente extensos porque sirven para presentar ciertos principios generales que relacionan los muros con el conjunto del edificio. En éstos se describe, por ejemplo, la contribución estructural y ambiental de aquéllos y se estudia la variabilidad dimensional, las implicaciones de los métodos de construcción y de las normas oficiales mexicanas. Finalmente, se puede decir que esta investigación ha sido realizada para todos aquellos estudiantes que se preparan para intervenir en el mundo de la construcción y profesionistas que ya lo hacen, con el objetivo de que comprendan las consecuencias probables de las decisiones que tomen con respecto a materiales y métodos de construcción, cuando proyecten un muro. 205

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Impreso en los Talleres Gráficos de la Dirección de Publicaciones del Instituto Politécnico Nacional Tresguerras 27, Centro Histórico, C.P. 06070, México, DF Diciembre de 2007. Producción bajo demanda. CORRECCIÓN: FORMACIÓN: DISEÑO DE PORTADA: PREPRENSA: ACABADOS EDITORIALES: PRODUCCIÓN EDITORIAL: PROCESOS EDITORIALES: DIVISIÓN EDITORIAL: DIRECTOR:

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Vania B. Castellanos Contreras Cintia V. Covarrubias Carreón Cintia V. Covarrubias Carreón Sergio Mújica Ramos Roberto López Moreno Vania B. Castellanos Contreras Manuel Toral Azuela Héctor Bello Ríos Arturo Salcido Beltrán

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