La
The
En la actualidad, el uso de muros de fábrica de ladrillo como solución a la estructura global del edificio es marginal, restringido a construcciones modestas de una o dos plantas. Pero en cambio, los elementos secundarios, como tabiques, petos y fachadas, es habitual resolverlos con muros de fábrica.
Las fachadas de ladrillo cerámico representan una de las unidades constructivas más importantes en las obras de edificación de nuestro país. Pero, sin embargo, sus prestaciones, soluciones y especificaciones técnicas no han sido suficientemente consideradas en la normativa hasta la aprobación del Código Técnico de la Edificación (
En la construcción tradicional se procedía con reglas de buena práctica, casi siempre de índole geométrica. Pero el cambio de sistemas estructurales de muros de carga por sistemas de pórticos ha hecho necesario generar soluciones para los que no había reglas. La forma de concebir, proyectar y construir los cerramientos de fachada evolucionó durante la segunda mitad del siglo pasado sin el respaldo que supone una evolución en el mismo sentido de la normativa o, al menos, de sus reglas de aplicación
La elaboración del CTE supuso un considerable esfuerzo por cubrir lagunas y dar respaldo legal a determinados materiales, sistemas y tipos constructivos que habían permanecido durante décadas en un vacío legal, entre los cuales estaban las fachadas de los edificios de pisos.
En este marco de cambio normativo en el ámbito de la edificación en España se gestó el tipo constructivo de
La
El sistema convencional que se ha venido usando para construir las fachadas de ladrillo, cuya estabilidad se confía a su confinamiento en los forjados, así como los sistemas que utilizan dispositivos específicos de apoyo (tales como angulares, ménsulas o consolas) para el sostén de la fachada en cada planta del edificio, tienen en común la concepción del muro de ladrillo como un elemento inerte, es decir, como un
Recientemente, las normas de edificación han experimentado otro cambio importante en el ámbito relacionado con la eficiencia energética de los edificios, y han sido adaptadas a los criterios de la Unión Europea
En este sentido, la
Si se exploran los diferentes sistemas que se han utilizado históricamente para resolver los cerramientos de fachada de los edificios, se pueden agrupar en dos tipos fundamentales.
Un primer tipo corresponde a las fachadas concebidas como
El segundo tipo corresponde a las fachadas concebidas como una
Cuando las fachadas de los edificios dejaron de ser muros de carga y pasaron a ser concebidas como una piel exterior, su comportamiento mecánico cambió sustancialmente. Dejaron de tener la acción gravitatoria procedente de los forjados, esencial para su estabilidad y, sin embargo, debían seguir dando respuesta mecánica a las acciones horizontales, fundamentalmente a la acción de viento. El objetivo del análisis estructural de estos muros ya no es mantener el valor y trayectoria de la compresión dentro de un rango aceptable, sino que pasó a ser la consecución de una adecuada respuesta ante las acciones horizontales, cuyo efecto se volvió mucho más agresivo por el hecho de no disponer de una buena parte de la carga gravitatoria estabilizante que antes tenían.
El sistema constructivo que propició resolver esta nueva circunstancia en las fachadas de los edificios con estructura de pórticos, sin necesidad de recurrir a la escasa y poco fiable resistencia a tracción del material cerámico, es el que se ha llamado aquí
Aunque el traslado de la acción horizontal a los forjados en los que se sustenta la fachada supone una solicitación de flexión; sin embargo, debido a que el muro es un elemento extenso cuyas secciones extremas están confinadas, el trabajo estructural se puede conseguir prescindiendo de las tracciones. Para ello es suficiente que sea posible encajar, en el espesor del muro, un arco que reproduzca el antifunicular de las carga, siempre que los extremos estén suficientemente coaccionados para poder generar la reacción oblicua correspondiente.
Este funcionamiento para el traslado de acciones horizontales, con solicitación exclusivamente de compresión, es el conocido como
Los modelos disponibles para el análisis de una fachada confinada de ladrillo ante la acción de viento son los que corresponden al traslado de una fuerza horizontal a los extremos del muro
En el
Ante la presencia de una compresión en los extremos, por ejemplo, debido a la existencia de una carga en el forjado, la reacción
Si la carga gravitatoria de los forjados tiene un valor suficiente, puede anular las tracciones por completo, quedando sólo la trayectoria parabólica de la compresión (que pasa a ser la trayectoria de carga). Esta situación corresponde al
Si para una acción horizontal dada compiten varios modelos alternativos, como
El
Por consiguiente, el modelo que da cuenta del equilibrio ante la acción de viento en los muros de fachada confinados, eludiendo las tracciones, es el
La condición de resistencia se deduce de comparar la máxima solicitación producida por la acción de viento con la capacidad resistente del muro, analizado como arco:
Momento flector máximo por viento:
Capacidad resistente del arco:
Condición de resistencia:
siendo:
La condición de resistencia
siendo:
λ esbeltez del muro (=
En la expresión
Los efectos de segundo orden tienen como consecuencia que el fenómeno no sea lineal, como pudiera parecer observando la condición de resistencia
Considerar los efectos de segundo orden supone analizar el elemento con la geometría que le corresponde tras la deformación. La acción horizontal, actuando sobre el muro, lo deforma; de manera que el brazo mecánico,
El procedimiento de análisis en segundo orden consiste en corregir el espesor del muro, deduciendo del canto total el valor de la flecha inicial
Deformación del arco:
siendo:
e deformación unitaria (=
Sustituyendo los valores de
Posteriormente se calcularía un segundo valor
Y así sucesivamente. El proceso termina cuando la flecha,
En el límite,
Derivando
Haciendo
Sustituyendo en
En la situación límite la deformación total es la cuarta parte del espesor de cálculo. Esta conclusión está recogida en el Documento Básico Seguridad Estructural: Fábrica (
Sustituyendo en
De nuevo aparece la esbeltez como el parámetro determinante en el análisis de una fachada confinada. En este caso la
Si la esbeltez del muro confinado supera el valor de la
El recurso de confinar las fachadas de ladrillo entre los forjados se impuso sin un marco normativo de respaldo, que recogiera el cambio sustancial en el comportamiento de estos elementos
La respuesta mecánica de los muros de fachada frente a la acción de viento por
La falta de un análisis estructural adecuado para este tipo constructivo hizo que, en muchos casos, alguna de las condiciones anteriores resultara escasa o inexistente, lo que tuvo como consecuencia la aparición de disfunciones y procesos patológicos en las fachadas que nunca se habían producido en los muros de carga.
Los procesos patológicos son de índole diferente, según el requisito que resulta deficitario en cada situación particular, pero en la mayoría de los casos se solían atribuir a la acumulación de carga sobre los muros de fachada o a su espesor reducido, cuando en realidad ninguno de los procesos patológicos habituales en las fachadas de ladrillo (fisuración en esquinas y dinteles, caídas de petos, desprendimiento de plaquetas, etc.) constituyen un síntoma de agotamiento por sobrepeso, sino todo lo contrario. Más aún si se tiene en cuenta que estos procesos aparecen prioritariamente en las plantas altas de los edificios.
En las situaciones en las que no se disponía de una entrega suficiente del muro en los forjados, o de forma sistemática, intentando evitar las incertidumbres inherentes al proceso constructivo de las fachadas confinadas, se impuso el recurso de intercalar perfiles angulares, concebidos erróneamente como «
El resultado de este procedimiento no siempre produjo los efectos deseados, porque el dimensionado de los elementos auxiliares, no procede de ningún análisis estructural
La disposición de angulares pretendía restituir una falta de «
Por otra parte, el empeño en trasmitir el peso de la fachada a los forjados, planta a planta, no tiene ninguna ventaja estructural para el muro de ladrillo; aparte de ser un empeño vano porque cuando existe continuidad en vertical del muro éste gravita sobre sí mismo en cualquier caso, debido a la enorme diferencia de rigidez, ante carga vertical, entre muro y forjado. Aunque el muro de fachada esté interrumpido de trecho en trecho por los forjados, la carga pasa de manera
El parámetro deficitario en las fachadas confinadas no es la falta de «
El hecho de intercalar un angular, si éste no está implicado en la carga gravitatoria del forjado, no tiene ningún efecto en el análisis según el modelo arco. Si se utiliza el
Cuando el ancho de entrega del muro en los forjados es deficitario, sólo se puede justificar la validez de la solución estructural utilizando para el análisis el
Con el objetivo de evitar los problemas de incompatibilidad de deformaciones entre las fachadas de ladrillo y la estructura del edificio en la que se sustentan, o la incertidumbre acerca del posible trasvase de carga gravitatoria por diferencia de rigidez, surgió, como solución alternativa al confinamiento, el recurso de interrumpir la continuidad vertical del muro disponiendo juntas horizontales de movimiento, cada una o dos plantas. Con esta solución habitualmente el muro no se sustenta directamente sobre los forjados, sino que se separa de la estructura descargando en dispositivos específicos de apoyo, tales como consolas o ménsulas interpuestas entre el forjado y la hoja exterior del cerramiento.
Estos sistemas de sustentación resuelven la incompatibilidad de movimientos entre la fachada y la estructura, y habilitan, aunque sólo parcialmente, la continuidad del resto de los componentes del cerramiento, para evitar los engorrosos puentes. Sin embargo, la presencia de juntas horizontales de movimiento elimina la posibilidad de generar empujes contra los forjados y, consecuentemente, elimina también la posibilidad de resistir acciones horizontales por
La penalización que supone para el análisis la interrupción de la continuidad en vertical del muro mediante juntas horizontales es doble. Por una parte, la condición de sustentación del muro queda sustancialmente disminuida al ser posible el giro en la cabeza
Por ello, para que el análisis de esta solución resulte satisfactorio, se necesita recurrir a la resistencia por flexión horizontal de la fábrica (con plano de rotura perpendicular a los tendeles), lo cual sólo es posible si el muro está eficazmente anclado a los pilares. Si éstos no están muy próximos, como es lo habitual en las estructuras de pórticos de hormigón o acero, se precisa, además, una importante cuantía de armadura de tendel para suministrar la resistencia a tracción horizontal, de la que el muro es deficitario.
Los sistemas que utilizan juntas horizontales de movimiento son viables y eliminan las incertidumbres inherentes al sistema convencional relacionadas con el trasvase de carga entre forjados y muro, pero a costa de consumir una gran cantidad de recursos auxiliares y de requerir un análisis de la estabilidad muy afinado por tener sustancialmente reducidas las condiciones de sustentación.
Según se ha expuesto en todos los casos precedentes el comportamiento mecánico de un muro de fachada está determinado por su escasa resistencia a tracción. Por el contrario, la resistencia a compresión siempre sobra en el análisis. La tensión de compresión debida al propio peso de un muro de fachada de ladrillo, con un peso específico de 18 kN/m3, y con alturas de piso del orden de 3,00 m, tiene un valor de cálculo de 18 kN/m3 · 1,35 · 3,00 m = 0,073 N/mm2 por planta, lo que representa menos del 5 % de la tensión soportable por el material.
Por otra parte, siempre que el rango de la tensión de compresión se mantenga por debajo de la mitad de la resistencia del material
La manera más sencilla y natural de proveer parte de la carga estabilizante que precisa un muro de fachada ante las acciones horizontales, si hay plantas por encima, es utilizar su propio peso. Y esto se consigue de forma espontánea, sin incremento del coste ni de la complejidad constructiva de la solución.
Otra conclusión que se puede extraer del análisis es que la continuidad vertical del muro, tanto geométrica como mecánica, también tiene un efecto favorable en su respuesta estructural. La continuidad geométrica es favorable porque permite contabilizar el propio peso del muro en toda su altura, y la continuidad mecánica es favorable porque reduce sustancialmente los esfuerzos de flexión.
Estas importantes conclusiones y una mirada hacia atrás, observando la forma de concebir los muros de ladrillo que tenían nuestros mayores, son suficientes motivos para reconsiderar el procedimiento de resolver las fachadas de ladrillo de los edificios modernos.
Por una parte, cabe pensar que, si la fachada se concibe como una piel del edificio, es una contradicción encastrarla en su estructura, porque tarde o temprano acabará participando de su comportamiento mecánico. Por otra parte, si la piel está constituida por un material pétreo con suficiente porte y capacidad para resistir incluso carga ajena, no hay ninguna razón para rehuir su propio peso intentando disiparlo en cada planta del edificio con difíciles detalles de encuentro o costosos artilugios de apoyo.
Éstas son las razones que dieron origen al tipo constructivo que aquí se ha llamado
La solución constructiva de la
Con esta disposición
El tipo de
El aislamiento térmico puede alojarse en la cámara continua, o puede colocarse adosado a la hoja interior del cerramiento, revistiendo previamente con material aislante los frentes de soportes y forjados; en este último caso no se precisa la continuidad de la cámara, y la hoja exterior del cerramiento puede colocarse tangente a la estructura del edificio, sin separación significativa entre ambos elementos.
A su vez, la cámara de aire puede estar ventilada si las condiciones higrotérmicas lo aconsejan. La ventilación de la cámara se consigue simplemente dejando llagas sin rellenar en la primera y última hiladas. Esta situación corresponde a la solución de
La característica esencial de la
La estabilidad frente a la tendencia al vuelco del muro se resuelve con anclajes de retención que se fijan en los frentes de forjados y soportes, y que deben tener suficiente resistencia para suministrar la totalidad de la reacción horizontal correspondiente a la acción de viento, según el DB SE-F, artículo 5.5 «
El tipo estructural de referencia para verificar el comportamiento mecánico de una
El procedimiento de comprobación sancionado por el DB SE-F, artículo 5.4.2 «
El método de las líneas de rotura es un recurso muy potente para analizar elementos redundantes, aunque tiene el inconveniente de que hay que realizar tanteos para detectar la configuración de rotura pésima. Afortunadamente, para casos de geometría sencilla, como es el correspondiente a un paño rectangular, el patrón de rotura más simple (por ejemplo, rotura en cruz o en sobre) produce resultados muy próximos al pésimo, lo que permite formular
Si se supone un paño de fachada, sustentando en los cuatro bordes, con continuidad, la condición de resistencia, por el método de las
Condición de resistencia:
con:
Sustituyendo en
siendo:
Las capacidades resistentes del muro (
La posibilidad de usar este modelo de análisis con los valores habituales de acción de viento y dimensiones razonables de los paños de fachada, está condicionada al empleo de recursos adicionales para conseguir suficiente resistencia a flexión en el muro.
La resistencia a flexión horizontal (con plano de rotura perpendicular a los tendeles) se puede incrementar incorporando armadura de tendel. Con este recurso, utilizado con las cuantías mínimas que establece el DB SE-F, artículo 7.5 «
La resistencia a flexión vertical (con plano de rotura paralelo a los tendeles) se puede aumentar sustancialmente si existe tensión normal de compresión, debida al peso propio, que se suma al valor de la resistencia, incrementando en la misma medida su valor.
Lógicamente, el recurso de incorporar peso al muro de fachada tiene un límite, determinado por la resistencia a compresión de la fábrica con la correspondiente penalización que supone el pandeo. También en este caso, es la
Los diferentes modelos de análisis expuestos anteriormente permiten conocer la influencia que tienen las distintas variables (geométricas y mecánicas) en las prestaciones estructurales de los muros de fachada, destacando en todos ellos el efecto beneficioso de dos parámetros fundamentales: las condiciones de sustentación en continuidad y la presencia de carga gravitatoria.
La principal conclusión para utilizar en la fase de proyecto de una fachada de ladrillo cerámico es que las verdaderas variables que determinan el comportamiento mecánico son de índole geométrica, mientras que la resistencia del material tiene poca trascendencia en los resultados. La resistencia a compresión es tan elevada con relación a la solicitación que, incluso con la penalización que supone el pandeo, sólo tiene trascendencia para el dimensionado en fachadas de un número superior a diez plantas, y sólo si se trata de paños con luces superiores a 6,00 m
El parámetro geométrico que condiciona el dimensionado, en todos los casos, es la esbeltez del muro, siendo decisiva en las soluciones convencionales, y de especial relevancia en la solución autoportante. La condición de esbeltez, como limitación general de índole geométrica para los muros de fábrica, está presente en todas las normas consultadas sobre la materia. En el ámbito nacional, el DB SE-F impone límites de esbeltez a los muros sólo cuando son de carga o cuando están solicitados a flexión procedente de carga vertical (muros trabajando como vigas o dinteles). Sin embargo, la normativa de ámbito europeo
Los factores determinantes para el dimensionado de los muros de fachada, a saber, esbeltez y presencia de carga gravitatoria, también son determinantes para los muros de carga tradicionales, cuya función es el sostén del edificio. La continuidad en vertical, imprescindible para los muros de carga por razones obvias, se manifiesta también como una condición esencial para la resistencia y estabilidad de los muros cuya función es sólo de cerramiento.
El tipo constructivo de
Aunque el CTE, publicado en 2006, sí cubre, plantea y hasta resuelve el análisis de todo tipo de muros de fábrica, todavía subsisten, por inercia, prácticas y criterios «para no calcular» las fachadas, algunos de ellos infundados o poco acertados, cuando no totalmente equívocos.
El Objetivo 20/20/20 supone el compromiso, para el año 2020 de reducir en un 20 % las emisiones de CO2 respecto al año 1990, de reducir en un 20 % el consumo de energía primaria también respecto al año 1990 y que el 20 % de la energía consumida proceda de energías renovables.
La sustentación de un muro por confinamiento se consigue retacando la última hilada contra la cara inferior del forjado.
La acción gravitatoria en un muro confinado es sólo la procedente del propio peso del paño entre forjados, y no tiene entidad suficiente para producir tensiones elevadas. Por otra parte, la carga vertical, cuando produce tensiones pequeñas en relación con la resistencia del material, al combinarse con la acción horizontal, tiene efecto favorable, razón por la cual se puede despreciar en el análisis. La formulación que presenta el Documento Básico «Seguridad estructural: Fábrica» del CTE en el artículo 5.4.4, expresión (5.32) procede de despreciar el propio peso del muro.
Utilizamos el término «sustentada» en lugar de «apoyada» para no inducir a error, puesto que el análisis que se plantea es frente a una acción horizontal y, por consiguiente, las reacciones en la sustentación también son horizontales. El término «apoyo» tiene una connotación de sustentación ante carga gravitatoria y podría resultar equívoco.
La serie de modelos de la
En el cómputo del espesor del muro se debe tomar como espesor de cálculo, td, el ancho del sólido capaz en el que se puede inscribir el arco, es decir, el espesor total para presión, y el ancho de la entrega en el forjado para succión.
Nótese que en un muro con entrega total en los forjados, la acción que condiciona la resistencia es la presión de viento, puesto que habitualmente tiene valores superiores a la succión. Sin embargo, con entrega parcial, el efecto determinante es la succión.
Este fenómeno no es otro que el conocido como «pandeo», en el que la semilla de excentricidad es, en este caso, la flecha por acción horizontal.
Hasta la entrada en vigor del CTE la única Norma Básica Española que recogía los muros de ladrillo era la Norma Básica de la Edificación FL-90, que se refería exclusivamente a los muros de carga, cuyas rutinas y modelos no sirven para aplicarlos a los muros de fachada.
El angular se dimensionaba por razones de compatibilidad geométrica sin el menor cálculo estructural de respaldo. La regla al uso consistía en disponer un perfil cuya longitud de ala permitiera restituir un ancho de entrega del ladrillo no inferior a 2/3 de su espesor y, simultáneamente, que el ancho del ala no sobrepasara el espesor de las plaquetas.
Hasta la aprobación del CTE era muy habitual que se interpretara, sin demasiado fundamento, que los muros de fábrica son carga para la estructura de la planta donde están dispuestas. Aún hoy día subsiste esta creencia como superstición.
Las reglas, ya en desuso, que determinaban el ancho de entrega como una fracción del grueso del muro (por ejemplo, mínimo 2/3) carecen de fundamento. La entrega mínima necesaria es una función de la altura del paño, y no del grueso del muro.
Esta advertencia está explícita en el DB SE-F, artículo 5.2 «Muros con acciones laterales locales», párrafo 2.
La continuidad en los elementos solicitados a flexión equivale una reducción de la luz de flexión del 30 %, y a una reducción de los esfuerzos máximos del 50 %, respecto de los elementos con la continuidad interrumpida.
Esta circunstancia se produce en fachadas de edificios de menos de 10 plantas.
La solución de fachada confinada, incluso disponiendo angulares auxiliares en cada planta, exige considerar que el muro gravita sobre sí mismo, en virtud de la continuidad en vertical, según el Documento Básico «Acciones en la edificación», artículo 2.1. «Peso propio», párrafo 5; por lo que el muro debe resistir en la planta de arranque el efecto de su propio peso correspondiente a toda la altura de la fachada.
En el caso de arranque sobre elementos a flexión (viga de forjado o viga cargadero) la condición de rigidez infinita supone limitar la flecha del elemento al valor de 1/1.000 de la luz.