Innovación con vidrio estructural

Dentro de esta tipología de cerramiento existen muchas formas diferentes de funcionamiento estructural del vidrio, además de muchas formas de ejecución y de trabajar el mismo: se puede utilizar como elementos lineales configurando vigas, contrafuertes o costillas estructurales; o por el contrario como elementos planos o muros de carga que soportan los esfuerzos del cerramiento, en función de los requerimientos y necesidades del proyecto.

A continuación, se mostrarán unos ejemplos en los que el vidrio trabaja estructuralmente de formas muy diferentes, debido principalmente a los requerimientos del proyecto, y también se trata de proyectos conceptualmente muy diferentes en los que la gestión y la tecnología se incorporan de manera muy diferente. En primer lugar se mostrará un exponente de la alta tecnología española en el que un entramado de costillas verticales y vigas horizontales unidas mediante insertos de Titanio conforman un volumen autoportante de vidrio. Posteriormente se explicará un proyecto muy modesto tecnológicamente, como contrapartida al anterior, pero con el mismo resultado de espectacularidad que aporta el vidrio, en el que los medios se reducen al mínimo para realizar un proyecto en el que una cubierta acristalada se apoya sobre una viga metálica que traspasa las cargas a la estructura portante del edificio a través de un vidrio de cerramiento y dos anclajes laterales. Por último, se aportará un tercer ejemplo en el que el vidrio compone un cerramiento autoportante debido a su geometría, que por medio de adhesivos estructurales consigue la rigidez necesaria para traspasar los esfuerzos a la estructura principal del edificio.

Como se podrá comprobar con el análisis de los tres ejemplos, el vidrio estructural está empezando un camino hacia la espectacularidad que supera notablemente su propiedad habitual de transparencia y que llegará en el futuro a niveles arquitectónicos insospechados en la actualidad.

El nuevo vestíbulo de Acceso a Torre Europa es un volumen exento adosado sobre la propia Torre en su parte inferior que se forma un diedro cuyas caras tienen una dimensión aproximada de 11 m de ancho y una altura cercana a los 10 m, formando un ángulo de 100 grados entre caras. En el perímetro de las caras en su unión con el edificio y con el lucernario superior se dispone una franja de exutorios retranqueada de la fachada, que permiten la lectura del acceso como un elemento exento. Cada lado del diedro está formado por paños de vidrio de la altura completa del diedro (10 m) con anchuras variables de hasta 3 m.

Figura 1. Maqueta virtual del proyecto, del vestíbulo de acceso a Torre Europa.

Figura 2. Dimensiones principales de la fachada.

Los dos planos que forman el diedro están compuestos por unas costillas perpendiculares al cerramiento que se fijan en la parte inferior y se estabilizan superiormente en una viga horizontal de vidrio que enlaza todas las costillas de ambos planos, con una rótula en la unión entre ellos, y traslada las cargas recibidas en dos puntos al edificio principal. Como arriostramiento general del conjunto se utilizan los propios vidrios de cerramiento que también se encuentran fijados a las costillas. El cerramiento deberá resistir unas cargas de viento de entre +1184 y -1500 Pa.

Figura 3. Esquema estructural.

En el alzado principal se disponen las puertas de acceso y dos giratorias de grandes dimensiones (5,50 m de altura). Estos elementos se disponen sobre un pórtico perimetral que realizará las funciones de arriostramiento que debe realizar el cerramiento.

La carga recibida por viento se transmite a la estructura de la torre a través de los extremos del diedro, en su encuentro con los pilares de la torre. Esta conexión se realiza mediante una ménsula articulada unida a una camisa de acero de 1 cm de espesor que envuelve al pilar de hormigón prefabricado y transmite el esfuerzo a los forjados y por último al núcleo estructural del edificio.

Figura 4. Anclaje de diedro sobre estructura principal.

Las fachadas se componen de los vidrios de cerramiento que son vidrios laminados triples 12+12+12 termoendurecidos, con una altura de 10 m y un ancho de 3 m, y por unas costillas situadas en las juntas entre vidrios de 50 cm de canto y una altura de 10 m con una composición de vidrios laminados con un ancho total de 48 mm, todos ellos termoendurecidos, para permitir los anclajes en dicho espesor.

Para la unión entre las costillas y los vidrios de cerramiento se utilizan unos insertos de titanio tanto en las costillas como en los vidrios, que permiten una fijación mecánica entre ellos similar a las utilizadas en los sistemas de muro cortina estructural con intercalario ranurado. El sistema consiste en utilizar unas grapas de fijación en las juntas que se atornillan sobre las costillas y estabilizan los vidrios de cerramiento permitiendo su movimiento. La costilla queda separada de los vidrios de cerramiento dando una imagen más ligera al conjunto. Por último, las juntas quedarán selladas interior y exteriormente para garantizar la estanqueidad.

Las costillas se anclan en la parte inferior sobre la estructura existente mediante un anclaje de acero que absorbe las posibles deformaciones del forjado inferior y en la parte superior se atornillan sobre la viga superior de estabilización con un sistema atornillado sobre elementos de titanio laminados en las propias costillas. El vidrio de la viga de coronación está compuesto por un vidrio laminado y templado 12+12+12 mm.

Figura 6. Imagen interior.

La cubierta acristalada del vestíbulo se apoya sobre una estructura de marquesina superior que se dispone tanto sobre el nuevo vestíbulo como sobre la plaza de nueva creación. Al tratarse de dos estructuras diferentes es necesario disponer una junta de dilatación entre ambos que permita el libre movimiento de las estructuras evitando coacciones adicionales. Para ello se disponen unas gomas verticales continuas entre ambas estructuras.

El lucernario se compone de unos montantes principales y unos vidrios de cerramiento, todos ellos de una pieza sin juntas transversales a la pendiente que puedan ocasionar problemas de filtración de agua, llegando a una dimensión máxima de 12 m, por un ancho de 1,50 m.

Los montantes principales se componen de una costillas de vidrio laminado, 12+12+12 mm, sobre la que se pega con silicona estructural una cabeza de estanqueidad de gomas de EPDM. Las costillas tendrán una forma trapezoidal para adaptarse a la geometría plana de la estructura y aportar la pendiente de evacuación de agua al lucernario. El anclaje se realiza sobre la estructura principal metálica mediante unas piezas de acero inoxidable que impiden el movimiento perpendicular pero permiten la dilatación y movimiento del sistema, pero sin la necesidad de taladrar las costillas de vidrio.

El vidrio de cerramiento es un doble acristalamiento para evitar condensaciones superficiales compuesto por un vidrio templado exterior con serigrafía y capa de protección solar de 12 mm de espesor templado, cámara de aire de 16 mm y vidrio laminado interior 8+8 mm.

La actuación es el nuevo cerramiento y ampliación del vestíbulo de un edificio situado en el número 336 de la calle Arturo Soria de Madrid. El edificio tiene un patio interior y se pretende ampliar el espacio de recepción y acceso, agregando parte de éste patio en la planta baja. Para que esta actuación tenga el menor impacto visual, se quiere realizar un cerramiento lo más diáfano posible y con la menor incidencia visual, por ello se plantea un cerramiento total acristalado y transparente. El proyecto se encuentra en un edificio modesto y por tanto se ejecuta con presupuesto muy limitado de manera que la construcción se realiza de manera artesanal con medios muy limitados, pero consiguiendo un resultado realmente ambicioso.

Figura 9. Imagen exterior del cerramiento.

El cerramiento se divide en dos partes, la horizontal y la vertical, ambas en vidrio, unidas por el elemento estructural principal de acero, siendo la parte vertical del cerramiento con forma libre incluyendo vidrios planos y curvos.

El funcionamiento estructural del conjunto del cerramiento tiene como elemento principal la viga de acero longitudinal, dispuesta sobre el cerramiento acristalado, que se encuentra empotrada en sus extremos sobre el forjado de planta primera mediante unos enanos también de acero. Sobre esta viga, capaz de soportar los esfuerzos de la cubierta, se apoyan las correas secundarias que soportan el lucernario. Estas correas se apoyan en la propia viga, y en la zona de la fachada del edificio, a través de unas costillas verticales exteriores adosadas a la carpintería que transfieren la carga al forjado de planta primera sin interferir con el cerramiento existente y su acristalamiento, aunque sí penetra por la zona de chapa de aluminio de la zona de canto de forjado.

Para disminuir el canto de la viga principal, se dispondrá un apoyo en el vidrio central del cerramiento, no siendo este apoyo necesario para garantizar la resistencia del conjunto sino para disminuir la deformación.

Figura 10. Esquema estructura del cerramiento.

El cerramiento vertical estará compuesto por vidrios laminados de seguridad 10+10 mm con 2 PVB intermedios, con geometría curva o plana según el diseño del conjunto. Los vidrios estarán apoyados en su parte inferior y estabilizados en su parte superior a través de la viga metálica de soportación. Para la regulación y montaje de los vidrios, principalmente por su geometría curva se ha diseñado un elemento de apoyo móvil que permite el movimiento vertical de los vidrios una vez instalados en su posición.

El vidrio central que colabora en la disminución de la deformación de la cubierta, tendrá una composición de 12+12+12 con 2 PVB entre cada lámina de vidrio, y estará apoyado en la parte inferior, y estabilizado horizontalmente en la parte superior por la viga de cubierta, pero además recibirá el peso de la misma en su parte superior. El apoyo del vidrio en su parte inferior se realizará en dos puntos sobre una estructura metálica que repartirá el esfuerzo por la superficie del forjado para evitar posibles sobrecargas puntuales en el forjado existente. Los apoyos serán iguales que en el resto de vidrios con los elementos que permiten la regulación vertical del mismo.

Para garantizar el apoyo de la cubierta en la parte superior del vidrio y el mayor reparto de la carga, sobre el vidrio se dispone una pletina de acero inoxidable pegada con resina de reparto tipo HILTI, sobre la cual apoyarán dos tornillos que serán los encargados del traspaso de cargas de la cubierta sobre el vidrio.

Figura 11. Detalles de apoyo del vidrio central.

Para evitar el posible pandeo que pueda tener el vidrio trabajando a compresión debido a su gran esbeltez, se utilizan los dos vidrios perpendiculares que le confieren rigidez en el sentido transversal, para ello se realizó un pegado con silicona estructural en las esquinas entre dichos vidrios, central y laterales.

La viga principal tendrá la geometría libre según los planos aportados, y se realizará mediante pletinas de acero soldadas, con forma de doble “H”, con una dimensión máxima de 540 mm de ancho y 180 mm de canto, compuesta por pletinas de 15 y 25 mm.

El acabado de la viga será pintado en obra previa imprimación en taller hasta conseguir una composición de pintura para garantizar un acabado anticorrosión para ambiente tipo C3 según la norma UNE ISO 12944.

Esta viga dispondrá de unas cartelas soldadas en su parte interior que servirán para recibir las correas secundarias que soportan el lucernario superior.

Estas correas se realizarán en vidrio laminado 12.12.12 laminadas con SGP, con un elemento metálico pegado con silicona estructural en su parte superior para garantizar el apoyo de los vidrios de cubierta. Las vigas tendrán un canto variable con un mínimo en punta de 180 mm, siendo la cara inferior horizontal, y la superior inclinada para dotar al conjunto de pendiente de evacuación.

Las vigas tendrán en sus extremos unas cajas de acero lacado sobre el que se reciben las vigas y se anclan a la viga principal en uno de sus extremos y al edificio en el otro.

En la fachada del edificio, para recibir las correas secundarias, se dispondrán unos pilaretes en forma de “U” que abrazan a la carpintería existente, sin interferir con ella, de acero lacado que se anclan en los cantos de forjado a través de los paneles de aluminio blancos existentes.

Los vidrios del lucernario se realizarán con doble acristalamiento para evitar problemas de condensación y tendrán una composición de 8 mm templado al exterior, con cámara de aire de 16 mm y un vidrio laminado interior 5+5 mm con 2 PVB. El vidrio exterior tendrá una capa de control solar para evitar una radiación directa al interior.

Los vidrios estarán apoyados sobre las correas secundarias, y dispondrán para su fijación de una tapeta en forma de omega que garantizará la estanqueidad. En su remate con la viga principal, el vidrio exterior estará decalado, solapando sobre ella para garantizar la salida del agua. En el encuentro con la fachada existente se dispondrá una albardilla de solape que permitirá el movimiento independiente y garantizará la estanqueidad del conjunto.

Figura 12. Imagen interior del conjunto.

El salón de actos de la Sede Social del Banco Popular (hoy Banco de Santander) dispone de un cerramiento de doble piel de vidrio estructural de 9,40 m de altura con una planta aproximadamente cuadrada de 22 m de lado, formando dos pieles de cerramiento separadas de 0,70 m, pero unidas en cada despiece de vidrios por unas costillas perpendiculares que no tienen la altura completa del cerramiento para permitir en la parte superior el paso de mantenimiento. La modulación tanto de la piel interior como de la piel exterior es de 2,60 m con ajustes en las esquinas. El cerramiento se dispone entre forjados, teniendo que asumir las posibles deformaciones de éstos.

Sobre el cerramiento se dispondrán los accesos, con elementos de madera y la cabina de proyección realizada con un cerramiento de GRP (Glass Reinforced Polymer).

Figura 13. Imagen interior del salón de actos.

El concepto estructural del cerramiento se basa en la utilización de vidrios únicos, simplificando el modelo estructural, estos vidrios se unen entre sí con unos contrafuertes que consiguen una geometría (formando rectángulos) autoestable, que se estabiliza horizontalmente sobre los forjados de hormigón.

El cerramiento debe resistir tanto las cargas de viento (600 Pa en presión y 900 Pa en succión) como las cargas vivas horizontales (situadas a 1,20 m desde el suelo con una carga de 1,6 kN/ml).

Figura 14. Esquema estructural.

En el sistema estructural realizado los vidrios de cerramiento se encuentran apoyados en la parte inferior sobre un galce metálico a modo de mordaza y estabilizados en la parte superior en ambas pieles, permitiendo siempre su dilatación vertical y la absorción de las deformaciones en la parte superior de la losa, mediante unas pletinas de aluminio pegadas en el vidrio con silicona estructural y unos anclajes puntuales; los contrafuertes perpendiculares se encuentran empotrados en la bancada metálica inferior sobre la losa mediante una mordaza metálica que comprime el vidrio a través de 8 tornillos M24 con casquillos plásticos dejando libre su extremo superior; y se realiza una unión solidaria entre los bordes verticales de los contrafuertes y los bordes verticales de las dos pieles.

Figura 15. Anclaje superior e inferior.

La unión entre los bordes verticales de paneles de vidrio con el borde vertical del contrafuerte es uno de los puntos más importantes del cerramiento y se realiza a través del pegado estructural de un pequeño perfil de aluminio macizo en forma de “T”. Este pegado se realizará en taller mediante sellado estructural monocomponente tipo Sikasil SG-20, y a su vez el pegado de los bordes del vidrio con silicona estructural “in situ” con sellado estructural bi-componente tipo SG-500, para rematar exteriormente con un sellado de estanqueidad con silicona WS 605.

Figura 16. Detalle de unión entre vidrios.

El vidrio empleado es silicato sodocálcico con una composición baja en óxido de hierro, y en todos los casos laminado con PVB.

Los vidrios de las pieles serán laminados 10+10 mm con un tratamiento termoendurecido que además contribuye a una mayor resistencia a impacto durante el montaje, mientras que los vidrios de los contrafuertes serán laminados 10+10+10 con un tratamiento termoendurecido en las zonas tipo y templado en las esquinas que tienen un mayor esfuerzo exterior.

Figura 17. Imagen interior inferior.

Todos los elementos metálicos y de anclaje se realizan con acero galvanizado S275JR, y los tornillos de alta resistencia con una métrica M24, pero todos los elementos vistos se forrarán exteriormente con una chapa de acero inoxidable en acabado satinado Scotch para dotar al conjunto de una mayor calidad y mejor acabado estético.

Figura 18. Imagen exterior del conjunto.

Con todos estos conceptos se crean nuevas referencias que harán evolucionar en nuevos ejemplos y desafíos los siguientes diseños arquitectónicos de vidrio estructural.