Curso AIA: Estrategias de diseño para sistemas de paredes y techos metálicos

La versatilidad, el rendimiento confiable y los costos de instalación relativamente bajos hacen que los sistemas de paredes y techos de paneles metálicos prefabricados sean atractivos para aplicaciones de construcción sofisticadas.

Hace años, los sistemas de paredes y techos de paneles de metal prefabricados no encontraron una amplia aceptación en aplicaciones comerciales de alta gama. Si bien estos sistemas eran rentables, las percepciones estéticas los relegaron a grandes edificios de almacenamiento, instalaciones de fabricación y grandes almacenes. Sin embargo, la versatilidad, el rendimiento confiable y los costos de instalación relativamente bajos ahora han hecho que estos sistemas sean atractivos en aplicaciones más sofisticadas.

Hoy en día, los propietarios y arquitectos suelen colaborar para utilizar estos productos en soluciones de diseño distintivas y estéticamente innovadoras. Los fabricantes, al reconocer una oportunidad, han ampliado sus líneas de productos con el objetivo de ampliar el uso del producto en una variedad de tipos de edificios. Por supuesto, ningún sistema de cerramiento de edificios está exento de desafíos y consideraciones de diseño.

ESTE CURSO ES APOYADO POR:

Desde la impermeabilización estructural y contra la intemperie hasta la eficiencia energética, la longevidad y el rendimiento de los sistemas de paredes y techos de metal dependen de la comprensión de las propiedades del material, los requisitos del código y las mejores prácticas.

La mayoría de los sistemas de paredes y techos de metal son patentados, cada fabricante tiene sus propios perfiles, métodos de fijación y especificaciones de rendimiento. Sin embargo, existen similitudes básicas en estos ensamblajes.

Los sistemas de metal vienen en una variedad de materiales, siendo el aluminio el más común debido a su relativa durabilidad, resistencia a la corrosión y peso ligero. Los paneles de aluminio están disponibles en placas planas (placas sólidas de aproximadamente un octavo de pulgada de espesor) o paneles compuestos, donde el aislamiento de espuma se intercala entre dos capas de lámina delgada de aluminio.

El acero es otro material de uso común. Fuerte y con una resistencia superior a los impactos, el acero a menudo se selecciona para fachadas en áreas de mucho tráfico y para techos que deben abarcar distancias más largas entre los soportes. Sin embargo, la resistencia del acero significa que es más pesado que otros materiales, lo que requiere más estructura subyacente para soportar la carga. El acero también requiere una capa protectora para evitar el deterioro debido a la corrosión.

Los paneles de zinc también se están volviendo más populares debido a la apariencia distintiva y la durabilidad que brinda la pátina de la superficie adquirida durante la exposición a la intemperie. La formación de pátina ocurre naturalmente en presencia de humedad y dióxido de carbono. Se debe tener cuidado donde pueda haber humedad sin suficiente dióxido de carbono, como en la parte inferior de los paneles del techo, donde la condensación y otra humedad incidental pueden causar corrosión. Esto también puede ocurrir en áreas que ven cantidades significativas de acumulación de agua, como las canaletas. Al usar paneles de zinc, se deben considerar los revestimientos protectores aplicados a las superficies en riesgo.

El cobre es una opción de material extremadamente duradero que generalmente no requiere una capa protectora. Aunque, al igual que ocurre con el zinc, el uso de este tipo de revestimientos en la parte inferior de los paneles puede ser aconsejable en determinadas condiciones. El cobre sin recubrimiento también tiende a manchar las superficies y los materiales adyacentes con el tiempo.

El acero inoxidable nunca requiere una capa protectora y brinda una apariencia brillante. Una alternativa estética es la placa terne, acero inoxidable recubierto con una aleación que tiene más del 99% de estaño. La placa Terne brinda una apariencia desgastada similar al zinc pero, al igual que el zinc, requiere ventilación detrás de los paneles para evitar picaduras y corrosión.

Según el material utilizado, se puede seleccionar cualquier número de acabados y revestimientos en función de los requisitos estéticos y de rendimiento. Las pinturas, como los fluoropolímeros, disfrutan de un amplio uso en aplicaciones de paredes metálicas, ya que vienen en una gama de colores y son resistentes a la decoloración.

Los revestimientos de esmalte de porcelana fusionan el vidrio en polvo con la superficie metálica a alta temperatura. Al igual que los fluoropolímeros, son duraderos y ofrecen a los diseñadores varias opciones de apariencia.

Muchos acabados se han desarrollado más por sus propiedades protectoras que por sus opciones de apariencia. El galvanizado, por ejemplo, es una capa protectora sacrificatoria de zinc aplicada al acero que tiene una apariencia gris plateada y se usa para prevenir la corrosión del acero subyacente. El anodizado, un proceso electrolítico utilizado en el aluminio para aumentar su resistencia a la corrosión, solo está disponible en una gama limitada de colores (generalmente negro, bronce y plata).

Es importante recordar que no todos los acabados son compatibles con todos los materiales. Incluso cuando se selecciona un revestimiento o pintura apropiados, el momento de la aplicación puede afectar significativamente la longevidad. Por lo general, es mejor aplicar revestimientos y pinturas después de que se haya formado el metal, para evitar roturas finas en el material en las curvas.

En términos generales, hay dos tipos de sistemas de paredes metálicas disponibles: "cerrados" y "abiertos".

Los conjuntos cerrados (también llamados sistemas de "barrera" o "sellados en la cara") utilizan los paneles de pared de metal para resistir la infiltración del clima (aire y agua) en el edificio. El sistema de paneles de pared metálicos es la barrera de aire y humedad de la fachada. Para lograr la protección contra la intemperie, las juntas entre los paneles de metal deben sellarse para formar una barrera completa.

Los sistemas abiertos, como su nombre lo indica, no brindan la protección principal contra la infiltración de aire y humedad. En estas aplicaciones, se debe incluir un medio secundario de protección detrás de los paneles, teniendo en cuenta la forma en que la humedad que penetra en el revestimiento se puede dirigir hacia el exterior. Los Rainscreens son una forma común de sistema abierto que se ha vuelto cada vez más popular en la última década.

La forma en que los sistemas de paneles de pared de metal se instalan y fijan al sustrato (y, en última instancia, a la estructura del edificio) es otro elemento definitorio de su diseño. Los paneles generalmente se aseguran a un sistema de subestructura de metal que consta de vigas en "z", montantes metálicos o configuraciones patentadas. Esta seguridad se puede lograr de dos maneras: mediante el uso de sujetadores "expuestos" u "ocultos".

Con los sistemas de sujetadores expuestos, los paneles se unen al sustrato usando sujetadores que se atornillan a través del panel y se dejan expuestos para facilitar la instalación y lograr un efecto estético. Si bien los sujetadores a menudo tienen juntas para limitar la infiltración de agua, este método se emplea más comúnmente en sistemas de paneles abiertos.

Los sistemas que usan sujetadores ocultos emplean clips para asegurar los extremos del panel al sistema de subestructura con pernos. Este método puede brindar una apariencia limpia e ininterrumpida al sistema de paneles metálicos en ensamblajes cerrados o abiertos.

Los sistemas de techos metálicos prefabricados se definen ampliamente como "hidrocinéticos" o "hidrostáticos".

Los sistemas hidrocinéticos no son necesariamente "herméticos". Estos conjuntos arrojan agua moviéndola a través de su superficie y fuera del techo lo más rápido posible. Esto requiere que los techos hidrocinéticos tengan una pendiente adecuada para mover el agua de manera efectiva y limitar la infiltración debajo de los paneles. Dado que las juntas de los paneles no son herméticas a la intemperie, los sistemas hidrocinéticos requieren un sistema de sustrato/base para proteger el interior del edificio contra la humedad incidental que se filtra debajo de la superficie del techo.

Los sistemas hidrostáticos, por otro lado, son barreras de agua y aire que forman la protección principal a nivel del techo contra la infiltración del clima en el edificio.

Los sistemas de techos metálicos también se clasifican por su capacidad de extenderse entre los miembros estructurales. Los sistemas arquitectónicos no pueden abarcar largas distancias y requieren un sustrato continuo como soporte. Como resultado, estos ensamblajes suelen ser hidrocinéticos, ya que el sustrato que se requiere para el soporte también puede actuar como una superficie para un sistema de protección de contrapiso.

Los sistemas estructurales pueden extenderse entre miembros estructurales sin la ayuda de un sustrato continuo. Los paneles de estos sistemas obtienen su resistencia de diversas formas, incluido el uso de metales más resistentes, paneles más gruesos, extremos de paneles elevados, nervaduras intermedias y corrugación en el perfil del panel. Dado que los sistemas estructurales no requieren sustrato, a menudo son hidrostáticos.

Independientemente del sistema seleccionado, los paneles de techo de metal generalmente se entrelazan o "se unen". Los ejemplos de métodos de enclavamiento incluyen costuras planas, costuras alzadas y listones. En aplicaciones hidrostáticas, las costuras también se pueden sellar con sellador o soldadura para mayor integridad a la intemperie.

Ya sea que diseñe un sistema de pared de metal prefabricado, un sistema de techo o ambos, el arquitecto o ingeniero debe abordar ciertas consideraciones fundamentales de diseño. Si bien los fabricantes pueden ser fundamentales en este esfuerzo, a menudo es indispensable contar con un profesional del diseño con conocimiento del cerramiento del edificio. La siguiente es una breve lista de algunos de los problemas que se abordarán durante el diseño.

• Estructura. Una de las principales consideraciones para los ensamblajes de cerramientos de edificios es su integridad estructural. Los sistemas de revestimiento de fachadas y techos deben tener la capacidad de resistir una variedad de fuerzas a las que pueden estar sujetos, incluida la gravedad, la carga sísmica, la carga del viento, la deflexión y la deriva entre pisos. Es importante recordar que todos los componentes del sistema, desde el sustrato hasta los sujetadores y los paneles mismos, deben tenerse en cuenta al diseñar el revestimiento para cumplir con los requisitos estructurales necesarios.

• Expansión. Los metales aumentarán o disminuirán de tamaño en respuesta a un cambio de temperatura. La tendencia de un metal a verse afectado de esta manera se define como su coeficiente de expansión térmica. Cuanto mayor sea el coeficiente, más se expandirá o contraerá un material debido a un cambio de temperatura. El zinc y el aluminio, por ejemplo, tienen coeficientes relativamente altos (19,0 y 13,1, respectivamente), mientras que el del acero es relativamente bajo (7,0). Esto significa que los paneles de zinc se expandirán casi tres veces más y el aluminio casi el doble que el acero.

El alojamiento para dicho movimiento debe incorporarse al diseño para evitar problemas como el pandeo, la falla de los sujetadores y el deterioro de la integridad del sistema. La tolerancia al movimiento se puede lograr de varias maneras, incluida la ranuración de las aberturas de los sujetadores, la limitación de la longitud de las secciones del panel y la incorporación de juntas de expansión.

• Integridad del clima— la capacidad de los ensamblajes de techo y fachada para resistir la infiltración de aire y humedad es esencial. Como se mencionó anteriormente, estos sistemas pueden ser "cerrados" (hidrostáticos) o "abiertos" (hidrocinéticos). En cualquier caso, la consideración de la integridad climática y la adaptación a la humedad son desafíos de diseño necesarios.

En las fachadas metálicas prefabricadas, los sistemas de barrera "cerrados" o sellados en la cara se basan en un sellado principal entre las juntas, a menudo cinta de unión o un sistema de sellado elastomérico, para brindar integridad a la intemperie. Estos sellos primarios entre paneles tienen una expectativa de vida más corta que los propios paneles y, por lo tanto, son la primera parte del sistema que falla. En consecuencia, presentan un problema de mantenimiento continuo.

En los sistemas de fachadas "abiertas", el sustrato detrás de los paneles (a menudo, un revestimiento de grado exterior con una capa resistente al agua o un revestimiento sobre postes metálicos) actúa como protección principal contra la infiltración de aire y agua. En tales casos, el agua que inevitablemente encontrará su camino detrás de los paneles metálicos debe canalizarse hacia el exterior del edificio a través de un sistema de tapajuntas y drenaje. Incluso con dicha protección en su lugar, el volumen de agua que puede infiltrarse detrás de los paneles debe ser limitado.

Los sistemas de techo hidrostático se basan en la inclinación del techo y la integridad de las costuras de los paneles (a menudo mejoradas con cinta adhesiva, sellador o soldadura) para evitar que el agua se infiltre en el edificio. Los sistemas hidrocinéticos también limitan la infiltración de agua a través de la pendiente del techo y la integridad de las costuras, pero no la eliminan. En tales sistemas, se debe aplicar al sustrato una base que consiste en, por ejemplo, papel de fieltro #30 y una hoja deslizante (papel de construcción) para proteger el interior del edificio. En ciertos climas, también se debe considerar la protección de membrana en el perímetro del techo que se extiende al menos 24 pulgadas sobre el edificio para limitar los efectos nocivos del hielo.

Los techos de pendiente pronunciada deben incluir canaletas, canaletas y bajantes del tamaño y configuración adecuados para eliminar el agua que se acumula en la superficie o el sustrato. Los canalones pueden ser externos o "empotrados" (ocultos).

Por último, la "integridad climática" incluye no solo la resistencia a la humedad, sino también al aire. La mayoría de las autoridades gubernamentales ahora tienen requisitos específicos que limitan el flujo de aire a través del recinto del edificio. Al igual que con la protección contra la humedad, los sistemas cerrados se basan en el sistema de paneles de metal para resistir ese flujo de aire, mientras que los sistemas abiertos dependen de una barrera de sustrato para evitar la infiltración de aire.

• Rendimiento térmico. Los cerramientos de los edificios deben cumplir requisitos cada vez más estrictos en cuanto a rendimiento energético y térmico. Los sistemas metálicos se benefician de tener una baja masa térmica; sin embargo, no son muy buenos aislantes. Por lo tanto, el uso de aislamiento dentro del ensamblaje debe ser una consideración durante el diseño. Por lo general, el aislamiento se instala entre los paneles de metal y el sustrato subyacente, y se compone de lana mineral o espuma plástica, como poliestireno extruido o poliisocianurato.

Los requisitos de rendimiento energético varían según la zona climática y el modelo de código de construcción adoptado en una región. En la ciudad de Nueva York, por ejemplo, los ensamblajes de techo deben incluir aislamiento con una resistencia térmica de al menos R-30. Las paredes con armazón de metal deben incluir R-7.5 de aislamiento continuo, más un R-13 adicional de aislamiento entre los montantes de la subestructura.

Dado que gran parte de los sistemas de paredes y techos de paneles metálicos prefabricados son, por definición, transmitancias metálicas, lineales y puntuales (cortos térmicos que transfieren energía entre el interior y el exterior del edificio) deben considerarse y eliminarse en la mayor medida posible. Tales medidas también ayudan a reducir el potencial de condensación dentro de los ensamblajes.

Debido a la necesidad de unir los paneles al sustrato, a menudo por medio de vigas metálicas, el aislamiento dentro del conjunto se interrumpe con frecuencia, provocando cortocircuitos térmicos y reduciendo la eficiencia general de la pared o el techo. En tales casos, se pueden aplicar aisladores, generalmente en forma de recubrimientos livianos y altamente porosos llamados aerogeles, al sistema de subestructura para reducir la transferencia de energía a lo largo de su superficie.

• Condensación. La posibilidad de que se desarrolle condensación dentro de la fachada o el sistema de techo debe tenerse en cuenta durante el diseño y deben tomarse medidas para limitar los efectos nocivos de dicha humedad. Si bien proporcionar una ventilación adecuada detrás o debajo de los paneles a veces es suficiente, a menudo es necesario un retardador de vapor correctamente diseñado e instalado.

• Atenuación de sonido. Por lo general, los sistemas de paneles de metal no son muy efectivos para mitigar la transferencia de sonido. Durante el diseño, se debe establecer la clasificación STC ("clase de transmisión de sonido") o OITC ("clase de transmisión exterior/interior") para el proyecto y se deben identificar las propiedades de atenuación del sonido del sistema. Entonces se pueden tomar medidas para mejorar las propiedades del conjunto mediante, por ejemplo, la incorporación de aislamiento adicional o cavidades de aire.

• Combustibilidad. El uso de ciertos materiales de construcción dentro de un sistema de cerramiento de paneles metálicos prefabricados (como espuma plástica como aislamiento o un material central en paneles metálicos compuestos) puede presentar problemas de combustibilidad. El profesional del diseño debe hacer referencia al código aplicable para conocer los requisitos que rigen la combustibilidad de dichos conjuntos. Tenga en cuenta que no es solo el ensamblaje en sí mismo el que debe cumplir con estos requisitos; se deben considerar los detalles de la transición a los sistemas de construcción adyacentes (como entre pisos y entre paredes y techos) para lograr la protección contra incendios requerida en toda la envolvente exterior.

• Apariencia. Si bien este artículo se enfoca en los aspectos técnicos de los sistemas de paredes y techos metálicos, la apariencia es, sin embargo, una consideración de diseño esencial. Las consideraciones técnicas pueden afectar la apariencia general y se debe tener cuidado para evitar elecciones que puedan tener un efecto perjudicial en la estética.

Consulte con los fabricantes con respecto a la posibilidad de que surjan problemas como el telegrafiado, donde el contorno de los refuerzos o sujetadores subyacentes aparecen en la superficie del panel de metal, o el enlatado de aceite, una apariencia ondulada o con hoyuelos en la superficie del panel.

• Acumulación de nieve y hielo. En ciertos climas, la posibilidad de que se acumule nieve y hielo en los techos es motivo de preocupación. Dichas acumulaciones pueden dañar los ensamblajes perimetrales y caer del edificio, creando un peligro.

Un diseño de drenaje inadecuado a menudo puede conducir a tal acumulación en los bordes del techo. Las canaletas y guías que son demasiado pequeñas o están configuradas incorrectamente no pueden eliminar adecuadamente la escorrentía antes de que se vuelva a congelar, lo que genera grandes acumulaciones de hielo en las canaletas y los aleros que pueden dañar los ensamblajes del perímetro e infiltrarse en el edificio a través de un proceso conocido como "hielo". Durante el diseño, se deben realizar cálculos para garantizar que el sistema de drenaje del techo tenga el tamaño adecuado y que las canaletas estén configuradas de acuerdo con estándares reconocidos, como el Manual de láminas metálicas arquitectónicas de la Asociación Nacional de Contratistas de Hojas de Metal y Aire Acondicionado.

Incluso con un sistema de drenaje diseñado adecuadamente, todavía existe la posibilidad de acumulación de nieve y hielo en cantidades lo suficientemente grandes como para ser un peligro. Se debe considerar la posibilidad de incorporar un sistema apropiado de protección contra la nieve en el diseño del techo para limitar esta posibilidad. Al igual que con el sistema de drenaje de un techo, se deben realizar cálculos para afirmar que el sistema está reteniendo la nieve y el hielo de una manera que promueva la liberación gradual de escorrentía con el tiempo y limite la acumulación en cualquier área del techo. Idealmente, dichos sistemas no deberían penetrar los paneles metálicos del techo.

La ventilación adecuada del ático ayuda a prevenir la formación de acumulaciones de hielo en los aleros, lo que alivia la tensión en el sistema de protección contra la nieve y reduce la posibilidad de fugas.

• Metales Disímiles. Los diferentes metales que entran en contacto entre sí dentro del conjunto pueden provocar corrosión, a través de la acción galvánica, y manchas, a través de la escorrentía del agua. Cuando existe el potencial de acción galvánica, los metales diferentes deben separarse mediante una capa protectora u otro método.

• Sostenibilidad. Es importante tener en cuenta que muchos sistemas de paneles de metal prefabricados incluyen entre un 25 % y un 95 % de material reciclado. Al final de su vida útil, la mayoría de los sistemas de paneles metálicos se pueden reciclar nuevamente.

La complejidad y los requisitos de rendimiento de los sistemas de cerramiento, en general, y de los sistemas de paneles metálicos prefabricados, en particular, hacen que valga la pena considerar las maquetas y las pruebas. El siguiente es un resumen de las opciones disponibles en varias etapas de diseño y construcción.

En la fase de diseño, se deben proporcionar los datos de prueba y la documentación técnica del fabricante. Esto le permite al equipo de diseño confirmar que el ensamblaje propuesto puede cumplir con los diversos requisitos del proyecto o identificar información clave que podría faltar. La documentación técnica incompleta del fabricante puede ser una indicación de que el sistema no es apropiado para la aplicación, o que se requieren pruebas adicionales para validar su uso.

Durante la etapa previa a la construcción, una maqueta visual (VMU) permite que todas las partes interesadas observen una muestra representativa del sistema propuesto y aprueben la estética y la intención del diseño. La VMU debe permitir que el equipo confirme la apariencia general, las proporciones, el color y la textura, así como la efectividad de los intentos de limitar las características visuales indeseables, como "telegrafiar" y "enlatar con aceite".

Una VMU puede ser una maqueta específica del proyecto fabricada en el sitio o fuera de él, o puede ser un sistema similar instalado en un proyecto anterior, según lo identificado por el equipo de diseño y el fabricante.

Una maqueta de rendimiento (PMU) es una muestra representativa del ensamblaje del gabinete instalado en una instalación de prueba externa, donde los métodos de prueba aprobados pueden determinar la conformidad del sistema con los requisitos de rendimiento, incluida la integridad estructural, la resistencia térmica, la acústica y el aire y resistencia al agua. Las pruebas de PMU generalmente se realizan al mismo tiempo que la construcción.

En resumen, los datos publicados por un fabricante brindan una descripción general del rendimiento de un conjunto de pared o techo, pero no reemplazan las pruebas de verificación independientes. Las pruebas de VMU previas a la construcción establecen los parámetros de diseño, mientras que las pruebas de PMU in situ durante la construcción, para cuestiones como la resistencia al aire y al agua, proporcionan la validación de que el sistema cumple con los requisitos de rendimiento.

¿No tienes una cuenta? Haga clic aquí para registrarse para obtener una cuenta gratuita ahora! ¿Has olvidado tu contraseña?

Dividiendo el entorno exterior del interior, el cerramiento del edificio es una de las partes más importantes de la estructura. El recinto no…

Con una creciente necesidad de soluciones de viviendas multifamiliares en todos los niveles de ingresos, el mercado estadounidense está viendo una proliferación de proyectos ingeniosos...

El revestimiento metálico está en una trayectoria de crecimiento a nivel mundial. Esto se refleja en la creciente demanda de revestimientos impermeables, que la empresa de estudios de mercado VMR valora...

Históricamente, las inundaciones son uno de los desastres naturales más costosos en los Estados Unidos anualmente. Intento de Mapas de Tasas de Seguro contra Inundaciones (FIRM)...

El proyecto inaugural de Bruner/Cott, ganador del premio AIA, la transformación en 1974 de la fábrica de pianos Chickering & Sons de Boston en el Piano…

La entrega más rápida de edificios no siempre se asocia con beneficios de sostenibilidad o valor a largo plazo, pero las cosas están cambiando. Un caso instructivo es…

Desde la distancia, las innovaciones de construcción de hoy en día en el rendimiento, la estética y la construcción del revestimiento parecen sin restricciones y bastante variadas. Material…

Las nuevas tecnologías, innovaciones y herramientas están abriendo puertas para formar equipos interesados ​​en un diseño mejor y más socialmente responsable. Secundario…

Originalmente diseñado para proteger contra el ataque enemigo, el parapeto en la construcción moderna está muy alejado de sus raíces anticuadas. Aunque la palabra…

Desde la revolución industrial, Estados Unidos se ha estado urbanizando rápidamente. Los datos del censo más reciente muestran que aproximadamente el 80% de los estadounidenses...

Después de leer este artículo, debería poder:

Descargar PDF ahora Inicie sesión para realizar el examen

¿No tienes una cuenta? Haga clic aquí para registrarse para obtener una cuenta gratuita ahora! ¿Has olvidado tu contraseña?