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Cerramientos de Hormigón in Situ 2ª Edición

Carlos Lerma Elvira Dr. Arquitecto Profesor Titular de Universidad Dpto. Construcciones Arquitectónicas Universitat Politècnica de València

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Cerramientos de Hormigón in Situ

Carlos Lerma Elvira Dr. Arquitecto Profesor Titular de Universidad Dpto. Construcciones Arquitectónicas Universitat Politècnica de València

ÍNDICE DE CONTENIDOS PRÓLOGO

7

I.

CONTEXTO HISTÓRICO

9

II.

FUNCIONES DEL CERRAMIENTO

13

II.1. Estabilidad

15

II.2. Aislamiento

20

II.3. Estanquidad

30

II.4. Durabilidad

35

II.5. Sostenibilidad

36

DISEÑO Y TIPOLOGÍA DEL CERRAMIENTO

37

III.1. Forma y textura

39

III.2. Huecos

54

III.3. Juntas

84

III.4. Encuentros con forjados

92

III.5. Esquinas

104

III.6. Voladizos / Aleros

107

III.7. Instalaciones

108

EJECUCIÓN DEL CERRAMIENTO

109

IV.1. El material. Tipos de hormigón más comunes

111

IV.2. Otros tipos de hormigón

115

IV.3. Ejecución de muros de hormigón visto

117

RECOMENDACIONES

121

REFERENCIAS

125

III.

IV.

V.

Cerramientos de Hormigón in Situ Carlos Lerma Elvira Dr. Arquitecto

PRĂ“LOGO

Figura 1. Vivienda unifamiliar con cerramientos de hormigĂłn in situ.

El presente libro versa sobre los Cerramientos de Hormigón in Situ forjåndose en la estructura docente de la asignatura Construcción I del Grado en Fundamentos de la Arquitectura de la Escuela TÊcnica Superior de Arquitectura impartida por el Departamento de Construcciones Arquitectónicas de la Universitat Politècnica de València.

En ĂŠl se aborda tanto el diseĂąo como la ejecuciĂłn de los Cerramientos de HormigĂłn in Situ sin entrar en cĂĄlculos detallados, pero siempre dentro de un orden de magnitud. Se hace gran hincapiĂŠ en los aspectos mĂĄs conceptuales y de diseĂąo. Tratamos de mostrar tanto a los arquitectos como a los estudiantes la gran variedad de posibilidades de diseĂąo y construcciĂłn que tienen este tipo de cerramientos.

Los muros tradicionales de hormigĂłn son ampliamente conocidos por los tĂŠcnicos que se encargan de su diseĂąo y ejecuciĂłn, ya que habitualmente se encuentran en sĂłtanos o conteniendo el terreno y, por tanto, enterrados total o parcialmente. Este tipo de muros poseen el inconveniente que restan interĂŠs al aspecto compositivo y estĂŠtico. En el momento actual, nuestra arquitectura emplea tambiĂŠn los muros de hormigĂłn visto como SLHO GH WRGR HO HGLÂżFLR JHQHUDQGR XQ FHUUDPLHQWR FRQ XQD JUDQ FDQWLGDG GH SRVLELOLGDGHV estructurales y estĂŠticas.

7

Cerramientos de HormigĂłn in Situ

Aunque los Cerramientos de HormigĂłn tambiĂŠn pueden ser, evidentemente, prefabricados no son objeto de este libro ya que, en general, los hormigones in situ aparecen en un amplio abanico de obras pequeĂąas o medianas en las que, con el material, se intenta resolver toda la obra: estructura, pilares y vigas, muros, forjados y revestimientos, tanto en el exterior como en el interior, procurando resolver correctamente los encuentros con huecos, cubiertas, particiones interiores, pavimentos y en algunos casos, incluso el mobiliario. Y es este tipo de obras, las pequeĂąas y medianas, las que son objeto de estudio en la asignatura de ConstrucciĂłn I. AdemĂĄs, cerramientos de hormigĂłn prefabricado, IRUMDGRV SUHIDEULFDGRV HWF VH VXHOH UHVHUYDU SDUD HGLÂżFDFLRQHV GH PD\RU HQYHUJDGXUD A lo largo de la historia de la arquitectura siempre ha existido esa ambiciĂłn, incluso obsesiĂłn, por un material Ăşnico que sea capaz de resolver todos los aspectos que le concierne a la arquitectura, destacando el importante papel que sigue cumpliendo el encofrado como negativo de diseĂąo.

Explicamos en esta publicaciĂłn los aspectos que se deben de conocer a la hora de diseĂąar y ejecutar un Cerramiento de HormigĂłn in Situ, como son: el material, las armaduras, los huecos, los encofrados, etc.

(Q GHÂżQLWLYD HVWH OLEUR DERUGD ODV FXHVWLRQHV WHyULFDV \ SUiFWLFDV UHODFLRQDGDV FRQ este tipo de cerramientos.

8

I

CONTEXTO HISTÓRICO

, &217(;72 +,67�5,&2 &RQ HO ¿Q GH HQWHQGHU FXiO KD VLGR OD HYROXFLyQ D OR ODUJR GH OD KLVWRULD UHFLHQWH GH los Cerramientos de Hormigón1, así como de este material, se resaltan a continuación las FXHVWLRQHV PiV VLJQL¿FDWLYDV Grosso modo, la historia del hormigón armado puede dividirse en las siguientes etapas: • ETAPA 1: Realización de equipamiento industrial (depósitos, conductos, silos, fåbriFDV FDQDOHV GiUVHQDV D ¿QDOHV GHO VLJOR ;,; • ETAPA 2: Etapa 1920-1940 en que destacan arquitectos pioneros como Le Corbusier, Gropius, Mies van der Rohe... Se populariza y se consolida la construcción con hormigón armado. • ETAPA 3: 3HUtRGR GH UHFRQVWUXFFLyQ GH HGL¿FLRV TXH FRPLHQ]D WUDV OD 6HJXQGD Guerra Mundial. En Espaùa, boom turístico en las dÊcadas de 1960 y 1970. • ETAPA 4: Época actual (diseùo CAD, nuevas tecnologías, impresoras 3D...).

(Q ORV DOERUHV GHO KRUPLJyQ DUPDGR HPSOHDGR HQ HGLÂżFDFLyQ HVWH VH DSOLFD HQ DTXHllas zonas que necesitan refuerzo y solidez2, ya sean forjados, cubiertas o cimentaciones.

Como es habitual cuando se introduce un nuevo material, no se sabe explotar las nuevas caracterĂ­sticas ya que todavĂ­a no posee un lenguaje propio. Esto implica que en los primeros momentos se ejecutarĂ­an las obras de hormigĂłn con tĂŠcnicas anteriores (procedentes por ejemplo del tapial). Hicieron falta varias dĂŠcadas para explorar y reconocer las cualidades, sobre todo plĂĄsticas, del hormigĂłn y adaptar asimismo las tĂŠcnicas constructivas asociadas a este material.

Al principio el hormigĂłn aparece como una variante o una evoluciĂłn de la construcciĂłn en acero, se trataba mĂĄs bien hierro anegado en cemento3 y no era muy popular entre los arquitectos. $ ÂżQDOHV GHO VLJOR ;,; IXH SRVLEOH GHVFULELU PDWHPiWLFDPHQWH ODV IXHU]DV \ WHQVLRQHV de las estructuras, incluso las grandes y complejas (por supuesto sin el uso de computadoras o siquiera calculadoras). Pensemos que cuando se iniciaron las primeras aplicaciones del hormigĂłn armado, por ejemplo se ignoraba el importante papel de la colocaciĂłn de las armaduras para obtener HÂżFDFLD SRUWDQWH4. La introducciĂłn del hormigĂłn armado en EspaĂąa estuvo claramente vinculada a las empresas multinacionales, particularmente la francesa Hennebique5.

La conquista de la ligereza y de la expresividad para las grandes luces fue viable gracias a la contribuciĂłn resistente de la forma que el hormigĂłn armado puede adoptar con 1. Simonnet, C. 2009, p. 191.

2. Blanco, S. 2010.

(LႇHO * FLWDGR HQ 6LPRQQHW & S 4. Jordå, C., 2002.

5. Núùez A., 2009, p. 14.

11

Cerramientos de HormigĂłn in Situ

extraordinaria versatilidad. Es decir, que según la forma que adopte la estructura puede VRSRUWDU XQD FDUJD PD\RU R PHQRU 6XSHU¿FLHV DODEHDGDV MXHJRV GH FXUYDV JHRPHWUtDV singulares‌ Las llamadas FiVFDUDV GH KRUPLJyQ DUPDGR WHQtDQ XQD SUREDGD H¿FDFLD \ HQ DTXHO PRPHQWR HUDQ PX\ HFRQyPLFDV GLVIUXWDQGR GH XQ JUDQ DXJH D ¿QDOHV GH ORV aùos 1950. FÊlix Candela, Pier Luigi Nervi o Kenzo Tange destacaron en la construcción de los llamados K\SDUV (paraboloides hiperbólicos), cuyo lema era UHVLVWHQFLD PHGLDQWH la forma6 (Q OD VHJXQGD PLWDG GHO VLJOR ;; VH IXH HQFDUHFLHQGR OD PDQR GH REUD \ SRU tanto, la ejecución de los encofrados, resultando en la actualidad casi prohibitivas a nivel HFRQyPLFR UHVHUYiQGRVH HVWDV IRUPDV SDUD HGL¿FLRV PX\ VLQJXODUHV (O p[LWR GH ODV VXSHU¿FLHV desarrollables que concibieron ingenieros como Lafaille R 7RUURMD HVWi OLJDGR DO KHFKR GH TXH HVWDV VXSHU¿FLHV SXHGHQ VHU UHDOL]DGDV HQFRIUDdas) usando planchas o tableros rectilíneos7, normalmente de madera, con la facilidad y economía que esto supone. Uno de los primeros frutos de la colaboración de FÊlix Candela con la empresa Construcciones Laminares serían unas losas prismåticas para la cubrición de una difícil planta trapezoidal en la iglesia del colegio de Santo Domingo de Guzmån de Palencia (1964-65). La ejecución mediante tableros de encofrados planos abarataban la carpintería de armar, y el armado resultaba sencillo, mediante un mallazo genÊrico y ferralla de refuerzo de colocación simple8.

(Q HO XPEUDO GHO VLJOR ;; VROR ORV IDEULFDQWHV GH HTXLSRV LQGXVWULDOHV \ XQRV SRFRV empresarios conocĂ­an el hormigĂłn armado; la mayor parte de los ingenieros lo rechazaban y los arquitectos lo ignoraban. A principios de ese siglo el sistema constructivo en hormigĂłn armado se convertirĂ­a en una constante en la industria de la construcciĂłn mundial. Los arquitectos desarrollan en este momento las posibilidades plĂĄsticas y su DSOLFDFLyQ FRPR PDWHULDO HVWUXFWXUDO DGTXLULHQGR XQD LPSRUWDQFLD FUHFLHQWH OD VXSHUÂżFLH vista del hormigĂłn. DespuĂŠs de la Segunda Guerra Mundial los conocimientos tĂŠcnicos en hormigĂłn armado se divulgaron internacionalmente y su aplicaciĂłn y el desarrollo de su tecnologĂ­a comenzĂł a enseĂąarse en las universidades9.

Arquitectos como Le Corbusier, Mies van der Rohe o Louis Kahn integraron el hormigĂłn visto en sus ideas arquitectĂłnicas10. La Casa Shodhan (1951-1956), el Palacio de la Asamblea (1951-1962) o el Convento de La Tourette (1953-1960) de Le Corbusier, el Carpenter Center for the Visual Arts (1959-1962) y la terminal de TWA (1956-1962) de Eero Saarineen son algunos ejemplos donde se emplearon cerramientos de hormigĂłn..

Podemos destacar a Tadao Ando como un arquitecto mĂĄs reciente, uno de los arquitectos que mejor ha sabido trabajar las cualidades estĂŠticas del material. Sus primeras creaciones eran cajas de hormigĂłn, las llamadas FDMDV DXWRVXÂżFLHQWHV GH $QGR11 que se fueron abriendo progresivamente, dejando que la luz penetrara por las esquinas e iluminara las paredes; sus muros regulan el movimiento y aportan orden al proyecto. En la Iglesia del Agua (1985-1988) los cerramientos son de doble hoja para aislar tĂŠrmicamente el espacio interior debido a los frĂ­os inviernos que debe soportar. El espesor total de las SDUHGHV GH KRUPLJyQ YLVWR WDQWR IXHUD FRPR GHQWUR GHO HGLÂżFLR HV GH FP LQFOX\HQGR la hoja intermedia de aislamiento (en este caso, espuma de poliestireno).

6. Núùez A., 2009, p. 14.

7. Simonnet, C., 2009 p. 149.

8. Cueto, J.I., 2010.

9. Peck, M. 2007, p. 8-9.

10. Ibidem.

11. Furuyama, M., 2006.

12

II

FUNCIONES DEL CERRAMIENTO

II. FUNCIONES DEL CERRAMIENTO Cualquier cerramiento debe ser capaz de cumplir una serie de requisitos o funciones, TXH HVWiQ HQFDPLQDGRV D FRQVHJXLU XQ DPELHQWH KDELWDEOH HQ HO LQWHULRU GHO HGLÂżFLR (Q este capĂ­tulo vamos a analizar los aspectos fundamentales de las siguientes funciones14:

• Estabilidad. • Aislamiento. • Estanquidad. • Durabilidad. • Sostenibilidad.

El concepto FHUUDPLHQWR de hormigĂłn es mĂĄs amplio que el de muro de hormigĂłn, ya que el primero incluye tambiĂŠn otras capas (como aislamiento tĂŠrmico, revestimiento, HWF TXH OH FRQÂżHUHQ HO FXPSOLPLHQWR GH ODV SULQFLSDOHV IXQFLRQHV

II. 1. ESTABILIDAD (O FHUUDPLHQWR TXH GLVHxHPRV GHEH SRGHU UHVLVWLU FRQ OD VXÂżFLHQWH VHJXULGDG ODV cargas gravitatorias propias, asĂ­ como, en su caso, las de otros elementos constructivos (muros de carga, forjados, escaleras, pilares...) que se apoyen en ĂŠl, ademĂĄs de los esfuerzos horizontales de viento y sismo.

Debemos considerar ademĂĄs, que el cerramiento sea estable frente al deslizamiento y al vuelco15 aunque por lo general, y debido al arriostramiento de los forjados, no se produce este efecto. En el caso particular de voladizos, grandes luces y esbelteces o JHRPHWUtDV FRPSOHMDV GHEH YHULÂżFDUVH HVSHFLDOPHQWH HVWH DSDUWDGR Distinguimos diferentes tipos de cerramientos segĂşn su funciĂłn estructural. En primer OXJDU FODVLÂżFDPRV D ORV FHUUDPLHQWRV GH KRUPLJyQ VHJ~Q GLVSRQJDQ R QR GH FDSDFLGDG portante.

El tipo de armado que corresponde a un cerramiento de hormigĂłn es el mismo que el de un muro de sĂłtano, es decir, una parrilla de barras en dos direcciones ortogonales en ambas caras del mismo para soportar los esfuerzos del muro y la retracciĂłn del hormigĂłn16.

Respecto a la armadura de cortante, habitualmente diseĂąamos los muros sin esta armadura porque se incrementa notablemente la complejidad de la ejecuciĂłn. En caso de necesitarla es mĂĄs rentable mejorar la calidad del hormigĂłn o aumentar el espesor del muro.

14. NĂłtese que las tres primeras funciones tienen especial importancia. Para mĂĄs informaciĂłn sobre estos conceptos, vĂŠase Mas, Ă ., 2005.

15. VĂŠase Quiles, V. 16. VĂŠase Quiles, V.

15

Cerramientos de HormigĂłn in Situ

Cerramiento portante Se trata de aquĂŠl que resiste su propio peso, las cargas de otros elementos estructurales y no estructurales, asĂ­ como otras solicitaciones (viento, sismo, etc.). La calidad del hormigĂłn empleado, su densidad, el armado y el porcentaje de perforaciones serĂĄn tales que se garantice la durabilidad y resistencia del cerramiento.

Un cerramiento es un såndwich de capas (Figura II.1). La capa principal serå un muro de hormigón que asume la función de estabilidad del cerramiento. Para el caso de un cerramiento 3257$17( VH SXHGH FRQ¿JXUDU GH • Una sola hoja, con hormigón visto por ambas caras; • Dos hojas portantes de hormigón con aislamiento tÊrmico entre ellas; • Una hoja con aislamiento por el exterior (que deberå ser revestido);

‡ 8QD KRMD GH KRUPLJyQ FRQ DLVODPLHQWR \ WUDVGRVDGR SRU HO LQWHULRU GHO HGL¿FLR

Figura II.1. &ODVLÂżFDFLyQ GH ORV FHUUDPLHQWRV SRUWDQWHV GH KRUPLJyQ LQ VLWX

6L HO HGLÂżFLR HVWi FRQVWLWXLGR IXQGDPHQWDOPHQWH SRU PXURV GH FDUJD OD FRQÂżJXUDFLyQ JHQHUDO GHO HGLÂżFLR GHEH VHU HQ IRUPD GH FHOGDV QR QHFHVDULDPHQWH FHUUDGDV FRQ PXros en dos direcciones ortogonales17.

La formaciĂłn de huecos se ejecuta con suma facilidad en este tipo de cerramientos HQFRIUDQGR OD VXSHUÂżFLH QHFHVDULD DQWHV GHO KRUPLJRQDGR GHO PXUR18, interrumpiendo las armaduras en sus cuatro bordes.

El encuentro con los forjados se resuelve tambiĂŠn de una manera sencilla, normalmente prolongando las armaduras del muro por encima del espesor del forjado con la longitud de anclaje necesaria. Una vez hormigonado el muro se apoyarĂĄ el forjado correspondiente y, posteriormente, se continuarĂĄ con el siguiente tramo del muro. TambiĂŠn caben otras muchas posibilidades de hormigonar muro y forjado que veremos en el apartado III. 3. Juntas.

Cerramiento NO portante En este caso, al no tener funciĂłn estructural, no existen restricciones siempre que se garanticen los requisitos mĂ­nimos de resistencia y estabilidad. El muro debe ser capaz de resistir, al menos, su propio peso.

En el caso de un cerramiento 12 3257$17(, se podrĂĄn emplear cualquiera de las 17. VĂŠase GonzĂĄlez, G. 18. ConfrĂłntese apartado III.2 Huecos.

16

II. Funciones del cerramiento

soluciones anteriores, asumiendo la funciĂłn estructural otros elementos (sistema estructural porticado, etc.).

En este tipo de cerramientos no portantes, y aunque no es recomendable, puede llegar a prescindirse del armado si las cargas son muy bajas, la densidad se admite que pueda ser inferior a 1200 Kg/m3 19 y no hay lĂ­mite en el porcentaje de huecos, pero el espesor mĂ­nimo no deberĂ­a ser nunca inferior a 10 cm20. EHE recomienda ademĂĄs esbelteces geomĂŠtricas h/e menores a 40.

Espesor del cerramiento de hormigĂłn 6L QRV FHQWUDPRV ~QLFDPHQWH HQ HO PXUR GH KRUPLJyQ TXH FRQÂżJXUD OD SULQFLSDO FDSD del cerramiento, los espesores habituales son los siguientes:

• De 20 a 25 cm se suelen emplear para resistir cargas ligeras o medias. • De 25 a 30 cm o mås para cargas importantes.

Habitualmente, los cerramientos NO portantes se suelen ejecutar con muros de hormigĂłn de 20 a 25 cm. Si el muro es portante y resiste cargas de forjados suele hacerse con un espesor de 25 a 30 cm. Pueden admitirse espesores mayores si se requieren por cĂĄlculo o por criterios de diseĂąo.

Los espesores arriba indicados corresponden a hormigones de resistencia media, del orden de fk = 25 MPa. Para tener un orden de magnitud sin necesidad de cĂĄlculos laboriosos, podemos preGLPHQVLRQDU HO HVSHVRU GHO PXUR GH KRUPLJyQ \ VX DOWXUD FRQ ODV VLJXLHQWHV ÂżJXUDV Como puede verse en la Figura II.2, la DQFKXUD WRWDO GH FDUJD es la mitad de la luz de un forjado (apoyado sobre el muro), multiplicado por el nĂşmero de plantas y cubierta que gravitan sobre el muro. AquĂ­ se considera un espesor real que es igual al nominal menos 13 mm.

La Figura II.3 se emplea para obtener el espesor del muro de hormigĂłn en funciĂłn de la DQFKXUD WRWDO GH FDUJD. En este caso, los muros pueden tener hasta 3,7 m de altura.

En la Figura II.4 podemos obtener el espesor del muro de hormigĂłn en funciĂłn de la distancia entre puntos de arriostramiento (verticales u horizontales) y de si el muro es portante o no.

A modo de ejemplo, tengamos en cuenta la Figura II.3 y escojamos un muro de 20 cm de espesor con una DQFKXUD WRWDO GH FDUJD GH P 3DUD XQ HGLÂżFLR GH YLYLHQGDV FRQ OXFHV KDELWXDOHV GH P HVWR VLJQLÂżFDUtD TXH VRSRUWDUtD D SULRUL SODQWDV \ OD FXELHUWD Por otro lado, de la Figura II.4 obtenemos, que para ese mismo espesor de cerramiento de 20 cm no puede tener una distancia entre muros de arriostramiento o entre forjados mayor de 5 m.

Asimismo, si observamos la Figura II.4, podemos concluir que, a igualdad de espesor, un cerramiento no portante puede construirse con mayores luces entre arriostramientos.

19. EHE considera que la densidad del hormigĂłn ligero estructural varĂ­a entre 1200 y 2000 Kg/m3, aunque a menor densidad, la porosidad aumenta y la durabilidad es menor.

20. En la prĂĄctica es difĂ­cil ejecutar in situ piezas de hormigĂłn inferiores a 10 cm salvo con hormigones autocompactables o microhormigones. Lo habitual es que tengan, al menos, 20 cm.

17

Cerramientos de Hormigรณn in Situ

2 VL WHQHPRV XQD GLVWDQFLD ยฟMD HQWUH DUULRVWUDPLHQWRV SRGUHPRV KDFHU XQ FHUUDPLHQWR QR portante con un menor espesor respecto a un muro que sea portante.

Figura II.2. Parรกmetros para predimensionar un cerramiento de hormigรณn in situ.

Figura II.3. Espesor de cerramientos de hormigรณn in situ en funciรณn de las cargas.

18

II. Funciones del cerramiento

Por lo tanto, en cerramientos portantes, el espesor mínimo del cerramiento no debe ser inferior a unos 25-30 cm. Se puede llegar a espesores razonables para un cerramiento del orden de 40-60 cm, sobre todo si se dispone de aislamiento entre dos hojas de hormigón y las condiciones climatológicas son adversas. Para un cerramiento no portante es VX¿FLHQWH FRQ TXH HO HVSHVRU VHD GHO RUGHQ GH FP

Figura II.4. Altura y longitud de cerramientos de hormigón in situ.

Además de las cargas gravitatorias o los esfuerzos horizontales, tenemos que tener en cuenta otros criterios como el fuego. En este sentido, CE21 considera que para cumplir el criterio de resistencia al fuego, el espesor debería variar entre 12 y 30 cm (para alcanzar desde REI22 30 hasta REI 240) con ambas caras expuestas para muros portantes.

La resistencia al fuego es, de hecho, uno de los criterios que determinan el espesor en cerramientos no portantes, desde 6 cm hasta 17,5 cm, dependiendo de qué valor queramos que alcance la resistencia al fuego, desde EI 35 hasta EI 24023.

En resumen, por ejemplo, para un muro portante de 25 cm queda garantizado un REI de 180 minutos, que es un valor muy adecuado en la mayoría de los casos.

21. CE-18, Anejo 20, aptdo. 5.4.2 “Muros portantes”.

22. Criterio REI: Resistencia, Estabilidad e Integridad..

23. CE-18, Anejo 20, aptdo. 5.4.1 “Muros no portantes”.

19