ROBERTO VERA
Profesor de Construcción
ESCUELA DE ARQUITECTURA DE ALICANTE
TEMAS DE CONSTRUCCIÓN
TOMO I
Título: Temas de construcción I. 2ª ed. Autor: © Roberto Vera Soriano I.S.B.N.: 978-84-8454-782-2
I.S.B.N.: 84-8454-054-5 (obra completa) Depósito Legal: A-1381-2008
1ª Edición, Alicante 2001
I.S.B.N. obra completa: 84-8454-054-5
Edita: Editorial Club Universitario Telf.: 96 567 61 33 C/. Cottolengo, 25 - San Vicente (Alicante)
www.ecu.fm Printed in Spain
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COLABORACIONES: Isabel María González Parra Arquitecta Técnica Beatriz Vera Payá Diseñadora
Í N D I C E
TEMA I
COMPATIBILIDAD
1
La incompatibilidad en la arquitectura
3
La durabilidad
4
Las interacciones incompatibles
5
Incompatibilidad de orden formal o compositiva
7
Incompatibilidad de carácter físico-mecánico
8
Incompatibilidad de carácter químico
12
Incompatibilidad estética
15
La dificultad de llevar a cabo la experimentación o ensayos de comportamiento
15
Riesgos contemporáneos con raíz en las incompatibilidades
16
Incompatibilidades físico-químicas específicas de materiales de construcción
17
Metales
17
Cobre
17
Acero
18
Acero inoxidable
19
Zinc
20
Aluminio
21
Plomo
21
Vidrio
22
Plásticos y resinas
22
Resumen
24
TEMA II
MATERIALES METÁLICOS
27
Introducción
29
El acero inoxidable
30
Denominación de los aceros inoxidables
32
Acabados superficiales
33
Corte del acero inoxidable
37
Mecánicos
37
Térmicos
38
Tratamiento químico
38
Limpieza del acero
39
Tornillería en acero inoxidable
39
Soldadura
41
Cálculo estructural con aceros inoxidables
42
Advertencias
42
El acero galvanizado
52
Recubrimiento mediante pinturas ricas en zinc
53
Galvanización en caliente
54
Espesor de la capa de protección
55
Control de calidad
59
Soldadura
60
De elementos galvanizados
60
De elementos a galvanizar
61
Uniones
61
Los perfiles tubulares
62
Sistema “duplex” de protección
63
Recomendaciones
64
Advertencias
64
Aleaciones mixtas (Aluminio, Zinc y Sicilio)
67
Advertencias
67
Acero pintado
68
Aspectos de interés para la aplicación
69
Advertencias
70
Tratamientos protectores industriales
70
Aluminio
72
Soldadura
73
Protección
73
Anodizado
75
Aspectos de interés
76
Recubrimientos mínimos exigibles
76
Control del espesor del anodizado
77
Control del sellado
77
Aspectos de mayor interés de la marca de calidad EWAA/EURAS
77
Termolacado
79
Lacado en poliéster
80
PVDF-Fluoruro de polivinilo
80
Recomendaciones y advertencias
82
TEMA III
ANCLAJES Y FIJACIONES
83
Introducción
85
Anclajes disponibles
85
Forma de trabajo de los anclaje
86
Importancia del material base
88
Formas de actuar las cargas
89
Factores de los que depende la seguridad de un anclaje
89
Resistencia del material base o soporte
90
La geometría del vástago del anclaje
90
La distancia a los bordes del elemento base o espesor del recubrimiento
90
Armadura de confinamiento
91
El efecto grupo
91
Morteros especiales
92
Definición y clasificación
92
Algunas características de interés de los morteros especiales
92
Morteros poliméricos
93
Morteros base cemento (
“grouts”
)
95
El anclaje sobre materiales pétreos con morteros especiales
96
Proceso de fabricación de un anclaje
96
Aspectos a tener en cuenta en la seguridad de esta clase de anclajes
96
Respecto al proyecto
96
Respecto a la ejecución
99
TEMA IV
EL VIDRIO EN LA CONSTRUCCIÓN DE CERRAMIENTOS
101
Antecedentes históricos del vidrio como material de construcción
103
Naturaleza del vidrio actual
103
Vidrios destinados a sistemas de cerramientos
104
Lumínicos
104
Acústicos
106
Térmicos
108
Los problemas mecánicos
109
El vidrio en el mercado actual
111
Clases de vidrios
111
Vidrios múltiples
111
Vidrio para control acústico
113
Vidrios de baja emisividad
115
Vidrios de control solar
116
Vidrios coloreados en su masa
117
Vidrios para-llamas y corta-fuegos
117
Vidrios impresos o grabados
118
Vidrios con propiedades variables
118
Vidrios con tratamientos especiales
119
Masillas y juntas de estanqueidad
120
Mantenimiento del vidrio
122
Datos de interés
122
Roturas
123
Advertencias de tipo general
123
TEMA V
VIDRIO ESTRUCTURAL ANCLADO
127
Definición
129
Fundamentos del sistema
131
El vidrio como cerramiento. Acciones condicionantes de su elección
132
La configuración de la fachada: Vidrio + estructura + tratamiento de juntas
135
La estructura
135
Las juntas entre paneles de vidrio
137
Fachada simple: vidrio + estructura plana
138
Fachada compleja: vidrio + estructura espacial atirantada o no
139
La estructura atirantada
139
Materiales
141
Efecto de la temperatura
141
Dificultad en el establecimiento de las acciones debidas al viento
143
Anclajes simples
143
Anclajes múltiples
147
Muelles reguladores en cabeza de paños
151
Recomendaciones y advertencias
151
Control
151
Posibilidades
151
Limpieza
152
MATERIALES METÁLICOS DE CERRAJERÍA Y CARPINTERÍA. ACERO INOXIDABLE,
ACEROS PROTEGIDOS Y ALUMINIO
Introducción
La protección de los componentes metálicos de los elementos constructivos, es hoy en día, un objetivo de primer orden en el campo de la edificación cuando ésta se encamina de forma decidida hacia parámetros de durabilidad como uno de los factores básicos a tener en cuenta en los proyectos arquitectónicos.
La necesidad de la protección surge por el riesgo de corrosión en los elementos constructivos de naturaleza metálica, en especial los aceros, el aluminio, cobre o zinc, materiales empleados en estructuras, cerramientos cubiertas y barandillas.
La corrosión presenta un mecanismo propio de reacción electroquímica que requiere la presencia de un electrolito, que en este caso es el agua, con mayor o menor grado de contaminación y en ambientes a su vez muy contaminados, como suelen ser los urbanos de altas densidades y aquellos con instalaciones industriales. La presencia de dióxido de azufre (SO2) y de cloruros (Cl Na), en
ambientes industriales y marinos, respectiva o conjuntamente, son los verdaderos agentes contaminantes, junto a humedades relativamente altas, que
30
atacan a los metales generando pérdidas enormes en gastos de mantenimiento, restauración o sustitución, además de las implicaciones de orden funcional y estético que suelen acompañar a estas degradaciones.
La norma UNE EN ISO 14713 define cinco categorías de ambientes agresivos donde se define la velocidad de corrosión del zinc en µ m y q ue puede servir de referencia para cualquier otro metal, en cuanto a riesgo cualitativo se refiere, y donde puede apreciarse el elevado valor considerado en ambientes industriales y marinos de alto nivel de humedad. Tabla 1.
El acero inoxidable
El acero inoxidable actual, con su alta variedad de composiciones, es el resultado de largos procesos de investigación destinados a mejorar el comportamiento del acero frente a la corrosión y que llevó a formulaciones donde la presencia del cromo, (aceros martensíticos) y del níquel (aceros austeníticos), fueron el fundamento de los aceros inoxidables actuales. Todas las investigaciones iban encaminadas, como principio fundamental, a
CATEGORIA DE CORROSIVIDAD (AMBIENTES)
VELOCIDAD DE CORROSION DEL
ZINC (µm/año)
C1 Interior: seco ≤ 0,1
C2 Interior: condensación ocasionalExterior: rural no de costa 0,1 a 0,7
C3
Interior: humedad elevada, aire ligeramente contaminado
Exterior: urbano no de costa o costero de baja salinidad
0,7 a 2
C4 Interior: piscinas, plantas químicas, etc.Exterior: industrial no de costa o urbano costero 2 a 4
C5 Exterior: industrial muy húmedo o costero de
elevada salinidad 4 a 8
la obtención de un acero que, facilitando la formación en su superficie de una capa pasivante, tuviera un buen comportamiento en ambientes agresivos. Esta capa pasivante, salvo que fuese rota por un utensilio de hierro o acero común, tiene la propiedad de autorregenerarse, lo que no ocurre por ejemplo con el acero galvanizado que requiere un trabajo de restauración de la zona dañada.
El cromo mejora el comportamiento del acero en ambientes agresivos corrosivos y el níquel, además, le dota de mejores cualidades respecto a la soldabilidad y ductilidad; por esta razón vienen denominándose aceros inoxidables a aquellos que tienen como mínimo un 11% de cromo en su composición.
A estos componentes iniciales se le ha ido sumando, en aleaciones posteriores, silicio, cobre, molibdeno, manganeso e incluso aluminio. El empleo, del acero inoxidable en edificación es cada día mas importante y las nuevas generaciones de arquitectos están llevándolo a una posición privilegiada, tanto en el campo de las carpinterías como en el de los revestimientos de fachadas y en el de los componentes estructurales. La belleza intrínseca del inoxidable, la amplia gama de texturas , la durabilidad y la mejora de los sistemas de soldadura están entre los factores mas apreciados por los proyectistas superando los criterios puramente economicistas de su restringido empleo tradicional, mas aún cuando que el acero inoxidable, tras una elección adecuada de su formulación, y debido a que no requiere tratamientos posteriores de protección ni de mantenimiento, puede resultar a un precio extremadamente competitivo, frente a otros materiales de carácter resistente y de menor durabilidad, para el proyectista o el prescriptor
El acero inoxidable se encuentra en el mercado en forma de secciones laminadas, chapas, barras, tubo soldado, alambre, etc. con una peso
32
específico de 7,8 Kp/dm3 . y tensiones admisibles por encima de 50 N/mm2. El coeficiente de dilatación es superior al del acero al carbono.En éste es de 12 x 10-6 mm.ºC y en el inoxidable (tipos 304 y 316) el valor es de 17,3 x 10-6mm ºC y 16,3 x 10-6mm ºC respectivamente; valores superiores poseen los aceros austeníticos y menores los aceros ferríticos (tipo 430) que poseen coeficientes de dilatación de 10,4 x 10-6 mm ºC, similares al de acero al carbono. Las formas comerciales mas usuales son las indicadas en el Anexo 1.
Y en cuanto al empleo mas usual, en elementos o sistemas constructivos, los tipos de aceros y espesores son los indicados en la Tabla 2
Denominación de los aceros inoxidables
Las denominaciones de los aceros inoxidables vienen dadas por diferentes sistemas entre los que destaca la serie propuesta por el American Iron and Steel Institute (AISI). Esta denominación, muy empleada en el sector de la edificación, utiliza un sistema de clasificación basado en 3 números de los cuales el primero indica el grupo de pertenencia según la composición; los aceros austeníticos de cromo- manganeso- níquel se denominan por 2 n n , los austeníticos de cromo–níquel por 3 n n , y los ferríticos y martensíticos por 4 n n . Así por ejemplo el AISI 304 es uno de los aceros al Cr-Ni más empleados en edificación. En España y Europa se dispone de la UNE-EN 10088-1 (Parte 1)
Relación de aceros inoxidables, a los efectos de clasificación de los mismos
Los aceros mas empleados son los austeníticos (Serie AISI 300), los martensíticos (Serie AISI 400), con posibilidad de templado por tratamiento
TIPOS DE ACEROS Y ESPESORES MAS USUALES
ELEMENTOS TIPOS DE ACERO ESPESORES USUALES (mm) Muros cortina AISI 304 y 316 1,0-1,5
Revestimientos de fachadas AISI 304 0,8-1,5 Paneles industriales AISI 304 0,4-0,5
Cubiertas AISI 304 y 430 0,4
Carpintería metálica AISI 304 0,7 Elementos decorativos AISI 304 0,7
Puertas AISI 304 0,8-1,2
térmico, y los ferríticos. Los martensíticos son los menos resistentes a la corrosión aunque muy resistentes mecánicamente. Los ferríticos son muy sensibles a los procesos de soldadura que les afecta fragilizándolos en los puntos de aplicación. El acero mas empleado en construcción es el del tipo austenítico, tanto en aleación Cr-Ni como con molibdeno, junto con los ferríticos.
Es también usual conocer los aceros por su composición básica de aleación; así por ejemplo, el AISI 304 por acero inoxidable 18/8 y el AISI 316 más usualmente por 18/8/2 (18% Cr / 8% Ni / 2% Mo).
Según la UNE–EN 10088-1 citada los dos aceros más usuales se relacionan de la siguiente manera: Tabla 3
Escultura de Andreu Alfaro
La fuerte cantidad de Cr en la composición del inox viene dada por la capacidad de éste de fijar el oxígeno formando una película protectora de pasivado, mejorándose esta acción mediante la incorporación de cobre (Cu) y molibdeno (Mo). Las variantes 304 L y 316 L limitan mas la presencia de carbono en su composición ofreciendo una mayor resistencia a la corrosión intercristalina.
Acabados superficiales
En el empleo de los aceros inoxidables la elección del acabado es muy importante, no sólo por razones estéticas o funcionales, sino debido a la importancia que un acabado liso, por ejemplo, tiene respecto a una mayor protección frente a ataques externos, que un acabado rugoso.
ACERO AISI ACERO UNE-EN
304 1.4301 X 5Cr Ni 18-10
316
1.4401 X 5Cr Ni Mo 17-12-2 1.4436 X 3Cr Ni Mo 17-13-3
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Así las tablas adjuntas muestran la clasificación de acabados exigibles a los elementos a construir con este material. (La Tabla 5 se refiere al aspecto de la superficie y la Tabla 4 a la rugosidad posible expresada en micras)
ACABADO RUGOSIDAD MEDIA
Nº1 5,04 µ 2D 1,14 µ 2B 0,088 µ BA 0,029 µ 120 1,3∼2,0 µ 150 0,9∼1,3 µ 180 0,6∼0,9 µ 240 0,4∼0,6 µ 320 0,25∼0,6 µ 400 0,10∼0,25 µ Tabla 4 ACABADO DESCRIPCIÓN
Nº 1 Laminado en caliente, recocido y decapado
2D Laminado en frío, recocido y decapado (acabado mate)
2B Laminado en frío, recocido, decapado y Skimpasado (acabado brillante)
BA Laminado en frío, recocido en atmósfera controlada (acabado espejo)
Nº3 Acabado esmerilado con abrasivo de malla de 80 ÷100
Nº4 Acabado esmerilado con abrasivo de malla de 120 ÷150
Nº6 Acabado satinado mate, pulido con tampico
Nº7 Acabado pulido brillante
Nº8 Acabado pulido especular
TR Trabajado en frío, para obtener unas características específicas
Es preciso tener en cuenta que el acero inoxidable, junto con el hormigón es uno de los materiales de construcción donde la textura, en este caso dada por el pulido superficial, es radicalmente incidente en el resultado final arquitectónicamente hablando. El arquitecto y el prescriptor pueden, no sólo seleccionar la naturaleza del acero deseado por su comportamiento (mecánico o en función del ambiente y su agresividad), sino seleccionar también el tipo de acabado requerido. Tabla 6.
ACABADOS SUPERFICIALES
Acabados no brillantes obtenidos por laminación
Nº 1 Superficie áspera, mate, que resulta de laminar en caliente seguido de recocido y decapado
Nº 2D
Acabado mate, que resulta de laminar en frío seguido de recocido y decapado y que puede, quizás, tener un brillo final pasando a través de rodillos. El acabado 2D se usa donde la apariencia no es lo importante
Nº 2B
Brillo, laminado en frío que resulta de la misma manera que el acabado Nº2D, excepto que la bobina, recocida y decapada, recibe un brillo final brillante al pasar por el Skin-pass. Este se puede usar así, o como paso preliminar al pulido.
Acabados pulido
Nº 3
Superficie brillante intermedia obtenida por acabado con grano 100 de malla abrasiva. Generalmente se usa donde se requiere una superficie brillante semi-pulida. Los acabados Nº 3 generalmente reciben un abrillantado adicional durante la fabricación.
Nº 4
Superficie brillante obtenida por un acabado con 120-150 de malla, seguido de esmerilado con bandas abrasivas. Este es un acabado brillante de uso corriente con un “granulado” visible que elimina el reflejo del espejo.
Nº6
Acabado mate satinado de menor reflectividad que el acabado Nº 4.Se produce por cepillado. Se usa para aplicaciones arquitectónicas y ornamentación, donde no se desea mucho brillo y un contraste con acabados más brillantes.
Nº7
Acabado muy reflectivo que se obtiene con un pulido final de la superficie pero no hasta el punto de quitar completamente la línea de amolado. Se usa principalmente en arquitectura y ornamentación.
Nº8
La superficie de mayor reflejo; se obtiene abrillantando con sucesivos abrasivos y puliendo ampliamente hasta eliminar las líneas de las primeras operaciones de pulido. Se usa para aplicaciones espejo y reflectores.
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Fuente: DETAN
Como ya se ha expresado es importante considerar que la durabilidad o el comportamiento en el tiempo para ambientes agresivos es un factor que depende del grado de rugosidad o pulido de la superficie del elemento; a mayor grado de pulido el ataque es menor, lógicamente debido a la menor facilidad de ensuciado o deposición de polvo y sustancias agresivas sobre la superficie.
El mantenimiento correcto de las superficies requiere una limpieza periódica con materiales ligera o escasamente abrasivos, en la misma dirección del pulido y sin empleo de componentes clorados, finalizando las operaciones de limpieza con un abundante aclarado, preferentemente con agua caliente.
En el pulido debe exigirse adoptar las siguientes precauciones:
• Mantener la pieza lo mas fría posible. Por encima de los 120ºC hay riesgo de dañar el pasivado.
• El abrasivo debe seguir la dirección del tratamiento de pulido anterior.
• En cada cambio de grano de pulido debe limpiarse a fondo la superficie para evitar una posible contaminación puntual.
• Es imprescindible cerciorarse de que el abrasivo no contiene acero al carbono ni restos de él.
• Las superficies ya pulidas deben protegerse mediante papel adhesivo o cualquier otro revestimiento protector no contaminante.
Tratamiento mecánico de la superficie
• Limpieza con cepillo: La superficie puede ser limpiada de impurezas adheridas con cepillo de acero inoxidable, nunca con cepillo de cerdas de hierro o acero al carbono, que ni siquiera haya sido utilizado en contacto con este material, para evitar la contaminación de la superficie.
• Amolado: Puede llevarse a cabo igualmente con utensilios que no hayan tocado previamente el acero al carbono.
