Muro cortina (arquitectura)

La gran mayoría de los muros cortina de planta baja se instalan como piezas largas (denominadas listones ) entre pisos verticalmente y entre elementos verticales horizontalmente. Los elementos estructurales pueden fabricarse en taller, pero la instalación y el acristalamiento generalmente se realizan en la obra.

Muy similar a un sistema de montantes, un sistema de escalera cuenta con montantes que se pueden dividir y luego ensamblar mediante encaje o tornillos, y que consisten en una media caja y una placa. Esto permite fabricar secciones de muro cortina en taller, reduciendo así el tiempo de instalación en obra. Las desventajas de este sistema son la menor resistencia estructural y la visibilidad de las juntas a lo largo de cada montante.

Los muros cortina modulares implican la fabricación y el ensamblaje de paneles en fábrica, pudiendo incluir el acristalamiento también en fábrica. Estas unidades completas se instalan sobre la estructura del edificio para formar el cerramiento. Los muros cortina modulares ofrecen las siguientes ventajas: rapidez; menores costes de instalación en obra; y control de calidad en un entorno interior con temperatura controlada. Los beneficios económicos suelen apreciarse en proyectos de gran envergadura o en zonas con mano de obra de alta calidad.

Un principio común en la tecnología de muros cortina es el de la pantalla de lluvia , que postula que el equilibrio de la presión del aire entre el exterior y el interior de la pantalla impide la entrada de agua al edificio. Por ejemplo, el vidrio queda confinado entre una junta interior y otra exterior en un espacio denominado rebaje de acristalamiento. Este rebaje está ventilado hacia el exterior, de modo que la presión en ambos lados de la junta exterior sea la misma. Cuando la presión es igual en toda la junta, el agua no puede filtrarse a través de las juntas o defectos de la misma.

Las cargas que se ejercen sobre el muro cortina se transfieren a la estructura del edificio a través de los anclajes que fijan los montantes al edificio.

Carga muerta

La carga muerta se define como el peso de los elementos estructurales y los elementos fijos de la estructura. ^{[ 7 ]} En el caso de los muros cortina, esta carga se compone del peso de los montantes, anclajes y otros componentes estructurales del muro cortina, así como del peso del material de relleno. Las cargas muertas adicionales que se imponen al muro cortina pueden incluir parasoles o señalización adherida al mismo.

carga de viento

La carga de viento es una fuerza normal que actúa sobre el edificio como resultado del viento que incide sobre él. ^{[ 8 ]} La presión del viento es resistida por el sistema de muro cortina, ya que envuelve y protege el edificio. Las cargas de viento varían considerablemente en todo el mundo, siendo las más elevadas cerca de la costa en regiones propensas a huracanes . Para cada ubicación del proyecto, los códigos de construcción especifican las cargas de viento de diseño requeridas. A menudo, se realiza un estudio en túnel de viento en edificios grandes o con formas inusuales. Se construye una maqueta a escala del edificio y sus alrededores y se coloca en un túnel de viento para determinar las presiones del viento que actúan sobre la estructura en cuestión. Estos estudios tienen en cuenta el desprendimiento de vórtices alrededor de las esquinas y los efectos de la topografía y los edificios circundantes.

carga sísmica

Las cargas sísmicas en un sistema de muro cortina se limitan al desplazamiento entre pisos que se produce en el edificio durante un terremoto . En la mayoría de los casos, el muro cortina puede soportar de forma natural la oscilación del edificio provocada por sismos y vientos gracias al espacio que existe entre el panel de vidrio y el montante. En las pruebas, los sistemas de muro cortina estándar suelen soportar hasta tres pulgadas (76 mm) de desplazamiento relativo del piso sin rotura de vidrio ni filtraciones de agua. 

Carga de nieve

Las cargas de nieve y las cargas vivas no suelen ser un problema en los muros cortina, ya que estos se diseñan para ser verticales o ligeramente inclinados. Si la pendiente de un muro supera los 20 grados aproximadamente, es posible que sea necesario considerar estas cargas. ^{[ 9 ]}

carga térmica

Las cargas térmicas se inducen en un sistema de muro cortina debido a que el aluminio tiene un coeficiente de dilatación térmica relativamente alto . Esto significa que, a lo largo de un par de pisos, el muro cortina se expandirá y contraerá una cierta distancia, en relación con su longitud y la diferencia de temperatura. Esta expansión y contracción se compensa cortando ligeramente los montantes horizontales y dejando un espacio entre los montantes horizontales y verticales. En el muro cortina modular, se deja un espacio entre las unidades, que se sella mediante juntas para evitar la entrada de aire y agua. Verticalmente, los anclajes que soportan únicamente la carga de viento (no la carga muerta) tienen ranuras para compensar el movimiento. Cabe mencionar que esta ranura también compensa la deflexión por carga viva y la fluencia en las losas del piso de la estructura del edificio.

Carga explosiva

Las explosiones accidentales y las amenazas terroristas han generado una mayor preocupación por la fragilidad de los sistemas de muro cortina frente a las cargas explosivas. El atentado contra el edificio federal Alfred P. Murrah en Oklahoma City, Oklahoma, ha impulsado gran parte de la investigación y las normativas actuales en materia de respuesta de los edificios a las cargas explosivas. Actualmente, todos los edificios federales nuevos en Estados Unidos y todas las embajadas estadounidenses construidas en el extranjero deben contar con algún tipo de protección contra explosiones. ^{[ 10 ]}

Dado que el muro cortina se ubica en el exterior del edificio, se convierte en la primera línea de defensa ante un ataque con bomba. Por ello, los muros cortina resistentes a explosiones están diseñados para soportar tales fuerzas sin comprometer el interior del edificio, protegiendo así a sus ocupantes. Debido a que las cargas explosivas son muy elevadas y de corta duración, la respuesta del muro cortina debe analizarse mediante un análisis de carga dinámica , realizando pruebas con maquetas a escala real antes de la finalización del diseño y la instalación.

Los vidrios resistentes a explosiones están compuestos de vidrio laminado , diseñado para romperse pero no separarse de los montantes. Se utiliza una tecnología similar en zonas propensas a huracanes para protegerlas del impacto de escombros arrastrados por el viento.

La infiltración de aire es el aire que pasa a través del muro cortina desde el exterior hacia el interior del edificio. El aire se infiltra a través de las juntas, a través de uniones imperfectas entre los montantes horizontales y verticales, a través de orificios de drenaje y a través de un sellado deficiente. La Asociación Estadounidense de Fabricantes de Arquitectura (AAMA) es una asociación comercial de la industria en los EE. UU. que ha desarrollado especificaciones voluntarias sobre los niveles aceptables de infiltración de aire a través de un muro cortina. ^{[ 11 ]}

La penetración de agua se define como el paso de agua desde el exterior del edificio hacia el interior del sistema de muro cortina. En ocasiones, según las especificaciones del edificio , se considera aceptable una pequeña cantidad de agua controlada en el interior. La penetración controlada de agua se define como aquella que penetra más allá del plano vertical más interno de la muestra de prueba, pero que cuenta con un sistema de drenaje diseñado para regresar al exterior. Las especificaciones voluntarias de la AAMA permiten la penetración controlada de agua, mientras que el método de prueba ASTM E1105 subyacente la consideraría un fallo. Para probar la capacidad de un muro cortina para resistir la penetración de agua en obra, se coloca un sistema de rociado de agua ASTM E1105 en el lado exterior de la muestra de prueba y se aplica una diferencia de presión de aire positiva al sistema. Esta configuración simula un evento de lluvia impulsada por el viento sobre el muro cortina para verificar el rendimiento del producto y de la instalación en obra. Los controles de calidad y aseguramiento de la penetración de agua en obra se han convertido en la norma, ya que los constructores e instaladores aplican estos programas de calidad para ayudar a reducir el número de demandas por daños causados ​​por el agua contra sus obras.

Una de las desventajas de usar aluminio para los montantes es que su módulo de elasticidad es aproximadamente un tercio del del acero. Esto se traduce en una deflexión tres veces mayor en un montante de aluminio en comparación con una sección de acero similar bajo una carga determinada. Las especificaciones de construcción establecen límites de deflexión para las deflexiones perpendiculares (inducidas por el viento) y en el plano (inducidas por la carga muerta). Estos límites de deflexión no se imponen debido a la capacidad de resistencia de los montantes, sino que están diseñados para limitar la deflexión del vidrio (que podría romperse con una deflexión excesiva) y para asegurar que el vidrio no se salga de su alojamiento en el montante. Los límites de deflexión también son necesarios para controlar el movimiento en el interior del muro cortina. La construcción del edificio puede presentar una pared cerca del montante, y una deflexión excesiva puede provocar que el montante entre en contacto con la pared y cause daños. Además, si la deflexión de una pared es muy notoria, la percepción pública puede generar una preocupación injustificada de que la pared no sea lo suficientemente resistente.

Los límites de deflexión se expresan generalmente como la distancia entre los puntos de anclaje dividida por un número constante. Un límite de deflexión de L/175 es común en las especificaciones de muros cortina, basado en la experiencia con límites de deflexión que no suelen causar daños al vidrio sujeto por el montante. Supongamos que un muro cortina está anclado a una  altura de piso de 12 pies (144 pulgadas). La deflexión admisible sería entonces 144/175 = 0,823  pulgadas, lo que significa que el muro puede deflexionarse hacia adentro o hacia afuera un máximo de 0,823  pulgadas con la máxima presión del viento. Sin embargo, algunos paneles requieren restricciones de movimiento más estrictas, o ciertamente aquellos que prohíben un movimiento de torsión.

La deflexión en los montantes se controla mediante las diferentes formas y profundidades de los elementos del muro cortina. La profundidad de un sistema de muro cortina determinado suele estar determinada por el momento de inercia superficial necesario para mantener los límites de deflexión por debajo de las especificaciones. Otra forma de limitar las deflexiones en una sección determinada es añadir refuerzo de acero al tubo interior del montante. Dado que el acero se deforma a un tercio de la velocidad del aluminio, resistirá gran parte de la carga a un menor coste o con una menor profundidad.

La deflexión en los montantes de los muros cortina también difiere de la deflexión de la estructura del edificio, ya sea de hormigón, acero o madera. Los anclajes de los muros cortina deben diseñarse para permitir un movimiento diferencial entre la estructura del edificio y el muro cortina.

La resistencia (o tensión máxima admisible ) de un material no está relacionada con su rigidez (la propiedad que rige la deflexión); es un criterio independiente en el diseño y análisis de muros cortina . Esto suele influir en la selección de materiales y dimensiones para el diseño del sistema. La resistencia a la flexión admisible de ciertas aleaciones de aluminio, como las que se utilizan habitualmente en la estructura de muros cortina, se aproxima a la resistencia a la flexión admisible de las aleaciones de acero empleadas en la construcción de edificios.

En comparación con otros componentes de la construcción, el aluminio tiene un alto coeficiente de transferencia de calor, lo que significa que es un excelente conductor térmico. Esto se traduce en una elevada pérdida de calor a través de los montantes de aluminio (o acero) de los muros cortina. Existen varias maneras de compensar esta pérdida de calor, siendo la más común la adición de roturas de puente térmico . Estas son barreras entre el metal exterior y el interior, generalmente de cloruro de polivinilo (PVC). Dichas roturas reducen significativamente la conductividad térmica del muro cortina. Sin embargo, dado que la rotura de puente térmico interrumpe el montante de aluminio, el momento de inercia total del montante se reduce y debe tenerse en cuenta en el análisis estructural y el análisis de deflexión del sistema.

La conductividad térmica del sistema de muro cortina es importante debido a la pérdida de calor a través de la pared, lo que afecta los costos de calefacción y refrigeración del edificio. En un muro cortina con un rendimiento deficiente, puede formarse condensación en el interior de los montantes. Esto podría causar daños a los revestimientos y paredes interiores adyacentes.

Se proporciona aislamiento rígido en las zonas de antepecho para ofrecer un mayor valor R en estas ubicaciones.

Los montantes con rotura de puente térmico y unidades de vidrio aislante (IGU) de doble o triple acristalamiento suelen denominarse muros cortina de "alto rendimiento". ^{[ 12 ]} Si bien estos sistemas de muro cortina son más eficientes energéticamente que las versiones antiguas de vidrio simple, siguen siendo significativamente menos eficientes que la construcción de muros opacos (sólidos). ^{[ 13 ]} Por ejemplo, casi todos los sistemas de muro cortina, con o sin rotura de puente térmico, tienen un valor U de 0,2 o superior, lo que equivale a un valor R de 5 o inferior. ^{[ 14 ]}

El vidrio flotado es, con diferencia, el tipo de acristalamiento más común para muros cortina. Se puede fabricar en una combinación casi infinita de color, espesor y opacidad . Para la construcción comercial, los dos espesores más comunes son el vidrio monolítico de 6,4 mm (1/4 de pulgada ) y el vidrio aislante de 25 mm (1 pulgada) . El vidrio de 6,4 mm (1/4 de pulgada) se utiliza normalmente solo en las zonas de antepecho, mientras que el vidrio aislante se utiliza para el resto del edificio (a veces, el vidrio de antepecho también se especifica como vidrio aislante). El vidrio aislante de 25 mm (1 pulgada) suele estar compuesto por dos láminas de vidrio de 6,4 mm ( 1/4 de pulgada) con una cámara de aire de 13 mm ( 1/2 pulgada ) . El gas interior suele ser aire atmosférico, pero se pueden utilizar gases inertes , como argón o criptón , para una mejor transmisión térmica . En Europa, el relleno de vidrio aislante de triple panel es ahora común. En Escandinavia, se han construido los primeros muros cortina con vidrio cuádruple .     

Los espesores mayores se suelen emplear en edificios o áreas con mayores requisitos de aislamiento térmico, de humedad relativa o acústico , como laboratorios o estudios de grabación . En la construcción residencial, los espesores más comunes son 1/8 de pulgada (3,2 mm) para vidrio monolítico y 5/8 de pulgada (16 mm) para vidrio aislante.  

El vidrio puede ser transparente , translúcido u opaco en distintos grados. El vidrio transparente suele ser el vidrio de visión en un muro cortina. El vidrio de antepecho o de visión también puede contener vidrio translúcido por motivos de seguridad o estética. El vidrio opaco se utiliza selectivamente para ocultar una columna, una viga de antepecho o un muro de carga detrás del muro cortina. Otro método para ocultar las áreas de antepecho es mediante la construcción de cajas de sombra (que proporcionan un espacio oscuro y cerrado detrás del vidrio transparente o translúcido). La construcción de cajas de sombra crea una percepción de profundidad detrás del vidrio.

Se pueden insertar bloques delgados ( de 76 a 102 milímetros) de piedra en un sistema de muro cortina. El tipo de piedra a utilizar solo está limitado por su resistencia y la posibilidad de fabricarla con la forma y el tamaño adecuados. Los tipos de piedra más comunes son: silicato de calcio , granito , mármol , travertino , caliza y piedra artificial . Para reducir el peso y mejorar la resistencia, la piedra natural se puede fijar a un soporte de nido de abeja de aluminio.

Los paneles metálicos pueden adoptar diversas formas, como acero inoxidable, placas de aluminio, paneles compuestos de aluminio formados por dos láminas delgadas de aluminio intercaladas con una fina capa intermedia de plástico, revestimiento de cobre para paredes y paneles compuestos por láminas metálicas adheridas a un aislamiento rígido, con o sin una lámina metálica interior para crear un panel sándwich. Otros materiales opacos para paneles incluyen plástico reforzado con fibra (PRF) y terracota . Los paneles de muro cortina de terracota se utilizaron por primera vez en Europa, pero solo unos pocos fabricantes producen paneles de muro cortina de terracota modernos de alta calidad.

Se instala una rejilla de ventilación en las zonas donde los equipos mecánicos del edificio requieren ventilación o aire fresco para su funcionamiento. También permiten la entrada de aire exterior para aprovechar las condiciones climáticas favorables y minimizar el consumo de los sistemas de climatización . Los sistemas de muro cortina se adaptan a la mayoría de los tipos de rejillas para mantener la estética y el estilo arquitectónico, a la vez que ofrecen la funcionalidad deseada.

La mayoría de los muros cortina acristalados son fijos, lo que significa que no hay acceso al exterior del edificio excepto a través de puertas. Sin embargo, también se pueden integrar ventanas o rejillas de ventilación en el sistema de muro cortina para proporcionar la ventilación necesaria o ventanas practicables. Prácticamente cualquier tipo de ventana puede adaptarse a un sistema de muro cortina.