30.4.13

DAÑOS A ELEMENTOS ESTRUCTURALES POR ESFUERZO CORTANTE

1.- GENERALIDADES
INTRODUCCIÓN
Ya adelantamos en la ficha anterior que producen solicitación cortante las fuerzas contenidas o paralelas a una sección transversal recta, originando tensiones tangenciales o cortantes.
Dada la extensión del tema a tratar, vamos a desglosar esta monografía en dos partes.
En esta primera parte, se analizarán los posibles daños producidos en diferentes elementos estructurales debido a este esfuerzo, mientras que en la segunda parte estudiaremos la prevención y técnicas de reparación más usuales empleadas para paliar este tipo de daños.
Los elementos estructurales principalmente afectados por el esfuerzo cortante, entre otros, y de los que vamos a analizar los daños producidos por el mismo, son:
- Viga: elemento lineal horizontal, normalmente trabaja a flexión y cortante (y dependiendo de sus condiciones de entorno también a torsión).
Las tensiones cortantes puras son difíciles de encontrar pues la cortadura pura suele ir acompañada de fenómenos de flexión (cuando hay momentos flectores siempre se da cortante).
En las piezas de hormigón armado la función, entre otras, de resistir los esfuerzos cortantes la tiene la armadura transversal (cercos o estribos). Una pieza no necesitará armadura de cortante (salvo los mínimos que correspondan) cuando las tracciones que se generen en el alma de sus secciones perpendiculares a las bielas de compresión se encuentren por debajo de la capacidad resistente del hormigón para resistirlas.
Podemos hacer referencia en este punto a los pilares apeados, que a día de hoy se están convirtiendo en elementos de uso cotidiano, usándolos indiscriminadamente en un intento de adaptar la estructura a la distribución y no al revés, como criterio lógico constructivo.
Hablamos de apeos en pilares cuando un soporte acomete a la directriz de una viga sin que exista continuidad inferior directa. Principalmente el cortante va a penalizar la viga (aunque también el punzonamiento, por ejemplo en caso de vigas planas con escuadrías mínimas, esfuerzo que consideraremos en fichas posteriores).

Fig. 1.- Pilares apeados en la última planta de un edificio.

- Pilar: elemento vertical, en el que la rotura por cortante no es frecuente, suele producirse en:
o pilares extremos de última planta de cubierta a los que acometen vigas de grandes luces.
o pilares extremos con poca altura que arrancan de la cimentación y le acometen vigas de grandes luces o pilares cortos que arrancan de muros de contención.
o pilares sometidos a empujes horizontales (tierras, sismo).
o pilares de edificaciones situadas en laderas, por deslizamiento de las tierras.
- Ménsula: elemento en voladizo cargado en su extremo, cuyo vuelo es como máximo igual a su altura. Suele ejecutarse en juntas de dilatación, para evitar realizar otro pilar contiguo.
Al aplicar la carga fuera del eje del pilar se crea una excentricidad que origina un momento. La disposición del estribado en estos elementos ha de ser horizontal.
- Forjado unidireccional: elemento estructural generalmente horizontal y plano que tiene como función principal recoger y transmitir las cargas a vigas o jácenas y de éstas a los elementos verticales, en las diferentes plantas, en el que la transmisión de cargas se lleva a cabo mediante la disposición de viguetas (ya sean semirresistentes o autorresistentes) u otros elementos lineales (placas alveolares, prelosas...) en una dirección. Entre estas es habitual disponer bovedillas ya sean cerámicas, de hormigón o de poliestireno para aligerar el peso del forjado.
- Forjado bidireccional: elemento estructural generalmente horizontal y plano que tiene como función principal recoger y transmitir las cargas de las diferentes plantas a los elementos verticales, en el cual la transmisión de cargas se dispone en dos direcciones perpendiculares entre sí. Existen dos variantes: mediante nervios ortogonales o losas macizas, dependiendo de si se disponen elementos de aligerado o no.
2.- DESCRIPCIÓN Y ORÍGEN DE LOS DAÑOS
VIGAS
Fisuras.
El riesgo de las fisuras por cortante es más elevado cuanto menos armadura transversal exista en la pieza, con una cuantía más elevada se obtiene mayor tiempo de aviso y en ausencia de esta armadura la rotura será inmediata, por lo que se ha de tener muy en cuenta en aquellas piezas, como viguetas, nervios o losas, que no llevan esta disposición de armado.
En las vigas de hormigón armado se distinguen dos tipos de esfuerzo cortante: el producido por excesiva tracción diagonal y el producido por una compresión excesiva de la biela:
o Las primeras fisuras tienen una inclinación entre 45º y 75º hacia el pilar, si no existe un momento flector apreciable o si existe, respectivamente. Son de ancho variable, mayor a nivel de la armadura de tracción (zona central) y que generalmente se cierra al llegar a la cabeza comprimida. Suelen presentarse varias fisuras paralelas pero con una separación apreciable.
o Las producidas por una compresión excesiva son fisuras de 45º con un ancho constante a lo largo de la misma, y en general muy fino (entre los 0,05 y 0,1 mm) que no suelen alcanzar los bordes superior e inferior de la pieza. Suelen aparecer varias paralelas.

Fig. 2.- Fisuras de la derecha: fisuras finas por compresión excesiva de la biela. Fisuras de la izquierda: fisuras de cortante por excesiva tracción diagonal.

Cuando se combinan tensiones de tracción por flexión y tracción diagonal, aparecen fisuras de cortante mezcladas con las de flexión, siendo de ancho variable (mayor a nivel de armadura de tracción) y presentándose en zonas de hormigón fisurado por la acción de momentos flectores.

Fig. 3.- Fisuras anteriores por esfuerzo cortante, combinado con momentos flectores de cierta entidad.

En el caso de cargas concentradas, debido a la excesiva tracción diagonal junto con el efecto local de la transmisión de la carga, aparecen fisuras de 45º, a nivel de armadura de tracción, que luego se curva dirigiéndose hacia la carga concentrada. Tienen un ancho máximo variable a nivel de armadura de tracción, reduciéndose al llegar a la cabeza comprimida.
Las vigas que no disponen de cercos anclados suficientemente al tender a salirse del hormigón rompen la esquina de la pieza, apareciendo por tanto la esquina partida cerca del apoyo, siendo más acusado cuando todos los estribos se han anclado a la misma barra longitudinal.
En vigas planas, vigas cuyo canto es igual al espesor del forjado que adquieren su resistencia aumentando su anchura y cargándose de unas cuantías de acero muy elevadas, pueden aparecer fisuras longitudinales en la parte superior y en medio de las mismas.


Fig. 4.- Fisuras a cortante en vigas.

En general, el origen de la insuficiente resistencia a cortante en las vigas puede ser:
- Colocación de estribos de menor diámetro y a mayores separaciones de las necesarias.
- Ejecución de estribos de dos ramas cuando deberían ser de cuatro.
- Colocación de cercos sin cerrar o con escasa longitud de anclaje.
- Viga de menor dimensión que la indicada.
- Hormigón de menor resistencia que el estimado en los cálculos.
- Aplicación de una sobrecarga mayor a la estructura por cambio de uso del edificio.
- Cálculo erróneo.
FORJADOS UNIDIRECCIONALES
Hundimiento instantáneo.
En un forjado el esfuerzo cortante es absorbido por el hormigón y la armadura transversal de las viguetas, pero si ésta no existe el esfuerzo lo deberá asumir solamente el macizado de hormigón dispuesto y si supera su resistencia, se produce la rotura frágil.
El origen de este daño se encuentra en:
- cargas excesivas o sobrecargas no consideradas
- empleo de hormigones de menor resistencia
- no empleo de armadura transversal
- luces superiores a las empleadas en cálculo
- secciones insuficientes

Fig. 5.- Hundimiento de forjado.

MÉNSULAS
Fisuras
Son finas y con tendencia a los 45º llegando a seccionar el elemento. Se producen por escasez de armadura transversal, mala colocación de la misma o por una sección insuficiente.
FORJADOS RETICULARES
Rotura.
Los nervios que llegan al ábaco, si no tienen armadura transversal, al ser estas secciones las que están sometidas a la concentración de tensiones tangenciales más importantes, pueden romper por cortante, siendo la rotura a 45º.
Difícilmente se puede observar, por ser corto el tiempo de aviso.
Se debe a la omisión de la armadura transversal, empleo de hormigón de menor resistencia, defectos de mal vibrado o por aplicar cargas mayores a las previstas.
PILARES
Fisuras / Rotura
Las fisuras comienzan en el centro de la pieza, progresa por sus dos extremos llegando a unir el apoyo con la carga, dividiendo en dos partes el elemento (puede llegar a ser un proceso instantáneo, por lo que es muy peligroso).
No es frecuente. En los casos comentados en el párrafo anterior los pilares están sometidos a tensiones tangenciales apareciendo fisuras inclinadas, con tendencia a los 45º, en las dos caras opuestas, desplazándose una parte del pilar sobre la otra cuando el estado es muy avanzado.
En casos muy aislados, las fisuras se manifiestan con rotura inclinada con aproximación a los 60º, en hormigones muy secos con resistencias muy altas.
En terrenos con mucha pendiente en los que se producen deslizamientos debido al desplazamiento de las zapatas y por tanto de los pilares, se producen fuertes momentos y cortantes, produciéndose la rotura, con una inclinación aproximada de 55º , debiendo solucionarlo cuanto antes para frenar el avance de los daños que incluso puede dar lugar a la ruina del edificio.
El origen de los daños en pilares producidos por este esfuerzo suele ser:
- asientos del terreno
- deslizamientos del terreno
- cargas excesivas o sobrecargas no consideradas
- empleo de hormigones de menor resistencia
- no empleo de armadura transversal
- luces superiores a las empleadas en cálculo
- secciones insuficientes
MUROS
Fisuras / Rotura
Los muros han de calcularse a esfuerzo cortante. La fábrica de ladrillo rompe fácilmente por su escasa resistencia a esta solicitación. Debido a empujes parciales se presentan fisuras en vertical y en horizontal, cerradas y en distintos planos. Estas fisuras se deben a una sección insuficiente para soportar el esfuerzo cortante o la aplicación de carga excesiva.
En el caso de muros de contención de fábrica de bloques, debido al poco peso y a la falta de resistencia a cortante de la misma, por el empuje de las tierras que contiene, romperá con una grieta cerrada en horizontal en distintos planos, desplazándose la parte superior.

Fig. 5.- Desplazamiento de la parte superior del muro de contención ejecutado con bloques.

Cuando se trata de muros con puntera, si el axil del pilar que apoya sobre el muro es elevado y la puntera tiene poco espesor romperá por cortante, quedando una parte del cimiento inutilizada y la otra parte sometida a tensiones muy elevadas, lo que plantearía una situación de alto riesgo. Si el muro es de poca altura y escasa armadura horizontal, puede producirse la rotura con tendencia a los 45º.

25.4.13

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

Refrigeración por absorción. Interés energético e impacto ambiental
FUNDAMENTOS FISICOS
A partir de este principio es posible concebir una máquina en la que se produce una evaporación con la consiguiente absorción de calor, que permite el enfriamiento de un fluido secundario en el intercambiador de calor que actúa como evaporador, para acto seguido recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo a una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de Absorción, se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de una manera continua.
En los ciclos de absorción hablamos siempre de agente absorbente, designando así a la sustancia que absorbe los vapores, y de agente refrigerante, o agente frigorífico, a la sustancia que se evapora y da lugar a una producción frigorífica aprovechable. Serían absorbentes el agua y la solución de Bromuro de Litio, y refrigerantes el Amoniaco y el agua destilada, en los ciclos de absorción Agua-Amoniaco y Bromuro de Litio-Agua, respectivamente.
Para conseguir una mejor compresión del funcionamiento de un ciclo de absorción, haremos una comparación entre este y un ciclo de refrigeración por compresión mecánica, de uso más extendido y, por tanto mas conocido a todos los niveles técnicos.
En un ciclo de compresión mecánica, los vapores del agente frigorígeno (como debe ser denominado) que se producen en el evaporador de la máquina dando lugar a la producción frigorífica, son aspirados por un compresor que ejerce las funciones de transportar el fluido y de elevar su nivel de entalpía. El vapor comprimido a alta presión y con un elevado nivel térmico se entrega a un intercambiador de calor, el condensador, para que ceda su energía a otro fluido, que no es utilizable para la producción frigorífica, y cambie de estado, pasando a ser líquido a alta presión y temperatura, y por lo tanto tampoco utilizable para la producción frigorífica. Este líquido relativamente caliente se fuerza a pasar a través de un dispositivo en el que deja parte de la energía que contiene, por fricción mecánica fundamentalmente, y a partir del cual entra en una zona del circuito frigorífico en la que la presión se mantiene sensiblemente mas baja, debido a que el compresor está aspirando de ella, que la presión de saturación que correspondería en el equilibrio a la temperatura a la que se encuentra el agente frigorígeno en estado líquido.
Este desequilibrio entre las presiones y temperaturas de saturación y las reales a las que el refrigerante se encuentra, origina la evaporación parcial del líquido, que toma el calor latente de cambio de estado de la masa del propio líquido, enfriándola hasta la temperatura de saturación que corresponde a la presión a la que se encuentra, punto en el que la evaporación se interrumpe. El refrigerante en estado líquido a baja temperatura entra en el evaporador, donde se evaporará, cerrando así el ciclo frigorífico.
En la máquina de absorción se produce un proceso similar: El refrigerante, agua o amoniaco, se evapora en el evaporador tomando el calor de cambio de estado del fluido que circula por el interior del haz tubular de este intercambiador. Los vapores producidos se absorben por el absorbente, agua o solución de bromuro de litio, en un proceso de disolución endotérmico que requiere de refrigeración externa para que la solución se mantenga en condiciones de temperatura correctas y no aumente la presión en la cámara en la que se produce la absorción y que se denomina Absorbedor. En este circuito de refrigeración externa se utilizan normalmente torres de refrigeración de agua de tipo abierto o cerrado.
El agua enfriada en la torre se hace circular a través del interior del haz tubular de otro intercambiador que se encuentra situado en el interior de la cámara del absorbedor y sobre el que se rocía el absorbente para facilitar el proceso de la absorción. La masa de absorbente conteniendo el refrigerante absorbido se transporta, mediante bombeo, hasta otro intercambiador de calor cuya función es separar el refrigerante del absorbente, por destilación del primero. Este intercambiador de calor se denomina Concentrador o Generador y es de tipo inundado. Por su haz tubular se hace circular el fluido caliente, normalmente agua o vapor de agua, que constituye la fuente principal de energía para el funcionamiento del ciclo de absorción, y que procede como efluente de cualquier tipo de proceso en el que se genere calor residual.
En el concentrador se produce la ebullición del refrigerante, que se separa del absorbente y que como consecuencia aumenta su concentración, en el caso de solución salina, o su pureza cuando se trata de agua, para que pueda ser utilizado de nuevo en el proceso de absorción. El FLUJO de absorbente vuelve al absorbedor siguiendo un camino mas o menos diferente según cada tipo de máquina, mientras que el flujo de vapores del refrigerante destilado en el concentrador pasa, por simple diferencia de presión, a otro intercambiador de calor por el interior de cuyo haz tubular circula agua procedente también de la torre de refrigeración, y que se denomina condensador porque alrededor de su haz tubular se produce la condensación de los vapores del agente frigorífico para volver al estado líquido.
El líquido obtenido en el condensador se canaliza hacia la cámara de evaporador, por gravedad y por diferencia de presión, ya que esta se encuentra a una presión inferior a la de la cámara del condensador. Cuando el líquido llega a la cámara del evaporador sufre un fenómeno idéntico al comentado en la descripción hecha del ciclo de compresión mecánica, y se evapora parcialmente, llevando la temperatura de la masa del líquido a la temperatura de saturación que corresponde a la presión en la que la cámara del evaporador se encuentra. De esta forma, el líquido frío está en condiciones de tomar calor del fluido que circula por el interior del haz tubular del evaporador, hasta evaporarse, cerrando así su ciclo1.
Si comparamos ambos ciclos, comprenderemos que en el de absorción los intercambiadores de calor del Absorbedor y del Condensador, junto con la bomba o bombas que hacen la función de transporte del absorbente, equivalen a su trabajo al compresor del ciclo de compresión mecánica. Mientras que en el evaporador, condensador y dispositivo de expansión de las máquinas de absorción se desarrollan procesos similares, por no decir idénticos, a los que tienen lugar en sus homónimos del ciclo de compresión mecánica.
Sería válido referirse al Concentrador y Condensador de la máquina de absorción como Sector de Alta Presión, y al Absorvedor y Evaporador como Sector de Baja Presión, siguiendo la similitud con el ciclo de compresión mecánica.
CONSIDERACIONES SOBRE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
Uno de los rasgos característicos de la maquinaria frigorífica de absorción ha sido siempre su hermeticidad y dificultad de comprensión para los operadores. Por principio, la necesidad de confinar sustancias de cierto riesgo como el Amoniaco, y de mantener depresiones relativas muy altas en su interior, para conseguir la evaporación de refrigerantes, tales como el agua, a temperaturas lo suficientemente bajas para hacerlas utilizables en procesos de refrigeración; recordemos que para que el agua se evapore a 5°C se requiere una presión absoluta de 870 Pa; condicionan un diseño mecánico muy robusto y hermético, que dificulta en buena medida la interpretación desde el exterior de lo que esta sucediendo en el interior de la máquina, durante su funcionamiento.
Por otra parte, los técnicos frigoristas que se encuentran por primera vez delante de una planta enfriadora por ciclo de absorción, por muy expertos que sean en el servicio de maquinaria de compresión mecánica de vapor, tardan bastante tiempo en comprender que la mayoría de los criterios de servicio y las “reglas del arte” válidas en la refrigeración “convencional”, no son de aplicación inmediata a las máquinas de absorción.
El comportamiento de los fluidos interiores de la máquina de absorción, refrigerante y absorbente, durante el proceso de funcionamiento del ciclo está directamente condicionado por la evolución energética de los fluidos exteriores a la máquina; agua a enfriar en el evaporador, agua de la torre de recuperación, y agua caliente o vapor aportado al concentrador. El equilibrio energético entre todos los intercambiadores de calor de la máquina es el que condiciona la estabilidad del ciclo.
A diferencia de cómo se comporta un ciclo de compresión mecánica en el que el trabajo del compresor es determinante, en un ciclo de absorción el equilibrio se consigue a partir de efectos puramente termodinámicos.
Esto también hace más compleja la comprensión del comportamiento de la máquina para los operadores, ya que esta se adapta en cada instante a las condiciones cambiantes de los circuitos exteriores, buscando el equilibrio, como un ser vivo se adapta a las condiciones del medio que le rodea.
Los americanos llaman a la máquina de absorción “the living machine”.
Además, la gran inercia térmica de las máquinas de absorción para adaptarse a las variaciones externas, debido fundamentalmente a su volumen y a las cantidades importantes de absorbente y refrigerante que contienen, son también inconvenientes para la buena comprensión de su respuesta en unas determinadas condiciones de estado.
Desde el punto de vista de su operación y mantenimiento, las máquinas de absorción requieren intervenciones específicas que no son de aplicación en otro tipo de circuitos frigoríficos. Por ejemplo: Es preciso efectuar mediciones periódicas del estado de pureza del agua y de las soluciones salinas, mediante la extracción de muestras y análisis de las mismas; el conocimiento de los niveles de concentración en las soluciones es imprescindible para determinar si el rendimiento instantáneo de un determinado equipo es o no correcto; la medición del nivel de vacío interior en una máquina es fundamental para comprender si la producción frigorífica sé esta llevando a cabo correctamente, etc. En el servicio de las máquina de absorción se utilizan útiles e instrumentos tales como bombas
de trasiego, densímetros, vacuómetros y aditivos químicos que se aplican en otros equipos de refrigeración. Sin embargo no se utilizan manómetros frigoríficos que son de uso común en los circuitos de compresión mecánica5.
Por José María CANO MARCOS
Ingeniero Industrial.
Miembro del Comité Científico de ATECYR

22.4.13

HUNDIMIENTO DE MUROS DE CONTENCIÓN

Introducción
Se trata de pequeñas obras anexas a las edificaciones, destinadas a la contención de masas de terreno de poca altura (entre 1 y 2 m en general). Están constituidas por tabiques de poco grosor de adoquines (piedras de pequeñas dimensiones) o bloques de hormigón, cimentados con zapatas de hormigón situadas a poca profundidad.
Los daños que normalmente sufren estas obras pueden de hecho limitarse a grietas, acompañadas o no de deformaciones en el plano del muro (se dice "que tiene un abombamiento"). En los casos graves, se produce el vuelco de una parte del muro o, peor aún, la caída del conjunto del muro. Estos fallos tienen orígenes diversos, en relación con errores de dimensionamiento de las obras o deficiencias en su realización pero, en todos los casos, aparecen dos fuentes principales generadoras de la acción: el empuje del terreno y la acción del agua.


La sutil apreciación del empuje del terreno
Dos parámetros específicos y esenciales:
El primero, es la densidad del suelo retenido, es decir, el peso por unidad de volumen de este suelo, fácilmente calculable en laboratorio. Un suelo corriente puede pesar entre 1.6 y 1.8 toneladas / metro cúbico y, por supuesto, cuánto más elevada es esta densidad, más empuja el suelo.
El segundo, más difícil de valorar con precisión, lleva el nombre de "ángulo de rozamiento interno" del suelo. Representa la manera en que los granos constitutivos de este suelo actúan unos sobre otros para conferir al conjunto una estabilidad propia más o menos pronunciada. Nos podemos hacer una idea de este criterio observando el ángulo que se produce en un montón de áridos (arena, grava o gravilla) respecto a un plano horizontal al ser vertidos libremente en el suelo, y que varía, en general, de 25 a 45º.
El empuje que ejerce un suelo es mayor cuanto más bajo es el "ángulo de rozamiento interno" y, por el contrario, una masa casi rocosa no ejercerá prácticamente ningún empuje. Además, conviene señalar que una ligera variación de este ángulo puede producir una gran diferencia en la intensidad del empuje.
Conviene añadir el efecto de la cohesión cuando se trata de terrenos arcillosos, ya que ésta puede reducir notablemente el empuje total, en el caso de que el suelo esté suficientemente seco. Pueden observarse masas de arcilla pura con taludes verticales estables de varios metros de altura.
En los suelos "reales", que habitualmente son mezclas, la determinación de sus características intrínsecas, ligadas además a su contenido de agua natural, solamente puede obtenerse a partir de ensayos de laboratorio específicos.
Una hipótesis sencilla permite un cálculo del empuje
El cálculo del empuje se basa en un conjunto de principios teóricos, demasiado complejos para ser abordados aquí. Citaremos la única hipótesis, simplificadora, pero siempre utilizada, del físico francés COULOMB (1736-1806). Según ésta, cuando el muro entra en carga experimenta en primer lugar un ligero desplazamiento en coronación, provocando la formación de un triángulo de terreno independiente del resto, que constituye enseguida el único elemento activo del esfuerzo (ver esquema).
En la práctica esta acción, que se ejerce sobre toda la altura del muro, puede sustituirse por la aplicación de una fuerza horizontal -llamada resultante de empuje- en el tercio inferior del tabique. Su valor está en función, además de los parámetros arriba indicados, del cuadrado de la altura de terreno a contener.
En el origen de las patologías citadas aparece, a menudo, una subestimación del valor del empuje, así:
a) En el caso de la caída
Como muestran los esquemas, se trata de un simple problema de composición de fuerzas, en la hipótesis de que el muro sea suficientemente rígido en su conjunto y perfectamente solidario con la zapata:
una fuerza horizontal actuante, el empuje.
una fuerza vertical estabilizadora, constituida por el peso de la obra "que forman una resultante".
Estas fuerzas tienen una resultante que atraviesa el plano de contacto zapata-suelo en un punto que puede situarse en una de las tres posiciones siguientes:
En el interior de una zona llamada "del tercio central". No existe ningún riesgo de caída.
Fuera de esta zona, pero dentro del resto de la zapata. En este caso todo depende de la "deformabilidad" del suelo portante (es, por ejemplo, el caso de la torre de Pisa). El muro puede sufrir una inclinación limitada (pero en ocasiones progresiva), por asiento diferencial entre los dos bordes de la zapata.
Por último, en el exterior de la zapata. Hay un riesgo claro de vuelco alrededor del eje de ésta, lo que viene a indicar que el valor del empuje es demasiado elevado para que el equilibrio "estático" de la obra está asegurado.
b) En el caso de vuelco de una parte del muro
Se trata de un problema de flexión inherente a ese muro, que funciona como una ménsula vertical (pero para esto la zapata tiene que estar bien "anclada" en el suelo). En el caso de tipologías de bloques rígidos sobrepuestos y enlazados por una delgada capa de mortero, un defecto en el agarre puede acarrear un desgarramiento del costado superior, y como consecuencia un vuelco de un trozo de muro (ver esquema).

Esquema simplificado de solicitaciones de un muro.
Barbacane: Mechinal.
Triangle de Coulomb: Tri?ngulo de Coulomb.
R?sultante de pous?e: Resultante del empuje.
Tiers central: Tercio central.
Poids de louvrage: Peso de la obra.
Diagramme de contraintes sur le sol:
Diagrama de tensiones del suelo.
Ligne de glissement: L?nea de deslizamiento.
R?sultante g?n?rale: Resultante general.
Basculement: Basculamiento.
Basculement: Basculamiento.
Caso de basculamiento del muro.
Joint de morter "faiblard": Junta de mortero debilitada.
Eforts dus ? la terre: Esfuerzos debidos al terreno.
Angle de frottement interne: Angulo de rozamiento interno.
Le massif sera stable si...: El macizo ser? estable si...



La acción del agua
El olvido de la acción del agua es muy frecuentemente una causa de siniestro.
En efecto, si el suelo está sumergido en agua (caso de una "capa freática), disminuye su densidad, y por tanto también el empuje del terreno, pero conviene no olvidar añadir el del agua... que no es poco.
Puede presentarse otro riesgo de desperfectos cuando se acumulan aguas (de escorrentía, por ejemplo) detrás del muro, en el que no se han ejecutado orificios destinados a su evacuación (mechinales), o después de la reparación de las juntas degradadas en un muro antiguo.
Conclusión
Parece que este tipo de construcción no es siempre tan simple como creen algunos poco informados de las sutilezas técnicas de los suelos. Para la determinación de la resultante del empuje es preciso a menudo un análisis detallado del emplazamiento y de la naturaleza exacta del material "tierra" que espera que le sostengan.
La lección
Que se puede extraer es que un muro de contención, incluso de proporciones modestas, no debe ser mirado como un vulgar "muro de cerramiento". Debe realizar una función estructural determinada, basada en criterios parecidos a los propios de las cimentaciones. Requiere, de hecho, las mismas precauciones y, si es necesario, los mismos estudios por técnicos expertos.

18.4.13

EJEMPLO DE CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA CON CE3X (III)

1.4.6. Nueva calificación energética con las medidas de mejora implementadas
La nueva calificación energética que obtendría el edificio en caso de implementarse las medidas de mejora comentadas sería una letra “C”.


1.4.7. Comparación de conjuntos de medidas energética con las medidas de mejora implementadas
Las medidas planteadas pueden combinarse formando conjuntos de medidas para comprobar la eficacia de diferentes paquetes.
Se propone, a modo de ejemplo, los siguientes conjuntos de medidas:
CONJUNTO 1: ENVOLVENTE (Medida 1, Medida 2 y Medida 3)
CONJUNTO 2: ENVOLVENTE + INSTALACION CENTRALIZADA (Medida 1, Medida 2, Medida 3 y Medida 4)
CONJUNTO 3: ENVOLVENTE + INSTALACIÓN CENTRALIZADA + SOLAR (Medida 1, Medida 2, Medida 3, Medida 4 y Medida 5)
Todos los conjuntos de medida se van incorporando a la estructura en “árbol” situado en el margen izquierdo de la interfaz:


El propio programa CE³X compara el comportamiento en cuanto a demanda de calefacción, emisiones de CO2 de calefacción, emisiones de CO2 de ACS, las emisiones globales y el ahorro que supone la aplicación de cada uno de los conjuntos de mejoras propuestos.


1.5.ANÁLISIS ECONÓMICO DE LAS MEDIDAS DE MEJORA.
A continuación se procede al análisis económico de los distintos conjuntos de medidas de mejora.
A falta facturas energéticas, el análisis se realizará a partir de la estimación teórica de demandas y consumos realizada por la herramienta informática.
1.5.1.1. Introducción de los datos económicos
En esta interfaz deben introducirse los precios de los combustibles suministrados para el funcionamiento de las instalaciones, así como el porcentaje de incremento anual del precio de la energía y tipo de interés.


1.5.1.2. Introducción del coste de las medidas para el análisis económico
A continuación se introducen los costes de cada medida y su vida útil.




1.5.1.3. Resultado del análisis económico
Finalmente se calcula el resultado del análisis económico (en el cual aparecerán en blanco aquellas casillas que se obtienen en base a las facturas). El análisis teórico muestra los plazos de amortización de los diferentes conjuntos de medidas y el Valor actual neto (VAN).


Se ha incluido en este análisis todo el coste de la rehabilitación. Dependiendo del objetivo del análisis económico, el técnico deberá decidir si quiere repercutir todo el coste de la rehabilitación o únicamente el sobrecoste que se deduce de la parte relativa a la mejora de la eficiencia energética.
1.6. GENERACIÓN DEL CERTIFICADO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
Por último se genera el informe de certificación, en el cual aparecerá un resumen los datos introducidos en el programa y los resultados obtenidos.
El certificador podrá añadir los comentarios que considere oportunos, así como un listado de la documentación adjunta.


La primera hoja del informe mostrará la calificación de eficiencia energética del edificio existente junto con las tres calificaciones, seleccionadas entre los diferentes conjuntos de medidas de mejora, así como el resultado de su análisis económico.
El resto de documentos resumen de las características de los elementos que definen la eficiencia energética del edificio y de las medidas de mejora.

16.4.13

EJEMPLO DE CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA CON CE3X (II)

1.2.3.5. Introducción de los datos de los puentes térmicos
Por último, en lo que respecta a la envolvente térmica, se definen “por defecto” los puentes térmicos.


Observando los planos del edificio y la información obtenida de la inspección ocular, detectamos los siguientes puentes térmicos:


Conviene hacer un repaso de los diferentes puentes que crea la herramienta y sus longitudes, ya que el edificio original puede tener alguno más o alguno menos de los estimados y pueden diferir las longitudes consideradas. El Documento de obtención de datos y valores por defecto recoge las hipótesis de partida que establece la herramienta CE3X.
A continuación se muestran un resumen de los puentes térmicos definidos:




1.2.4. Introducción de las Instalaciones
1.2.4.1. Introducción de los datos del sistema de calefacción y ACS
Las viviendas se nutren de sistemas individuales para suministro de agua caliente sanitaria ACS y calefacción en algunos casos:
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS INSTALACIONES
El 40 % de las viviendas tienen caldera mixta para calefacción y ACS.
El 60 % de las viviendas tienen termos eléctricos para ACS con acumuladores con escaso aislamiento térmico. Calefacción suministrada por estufas eléctricas.
Aunque se traten de sistemas individuales, no se definirán todos los equipos, sino un rendimiento estacional equivalente para las viviendas que poseen una caldera para ACS y calefacción, otro sistema para las viviendas que poseen los termos eléctricos, y otro que equivalga a las estufas eléctricas, a los que se asignará el porcentaje de la demanda correspondiente.
El rendimiento estacional se definirá como valores estimados.
A continuación se muestra un cuadro resumen de las características de los sistemas:


Calefacción y ACS (40 %) /gas


Sólo ACS (60%)/ Termo eléctrico


Sólo calefacción (60%)/ estufas eléctricas


1.3. OBTENCIÓN DE LA CALIFICACIÓN ENERGÉTICA
A continuación se obtiene la calificación energética del edificio existente:


1.4. DEFINICIÓN DE LAS MEDIDAS DE MEJORA.
Las medidas que se plantean para la mejora de la eficiencia energética del edificio se pueden resumir en los siguientes puntos:
• Medida 1. Adición aislamiento térmico en fachada: 6 cm de poliestireno expandido EPS por el exterior. Con esta medida se reducen además los efectos negativos de los puentes térmicos, pérdidas de calor y condensaciones superficiales.
• Medida 2. Adición de aislamiento térmico en cubierta: 6 cm de poliestireno extruido XPS y Onduline bajo teja.
• Medida 3. Doblado de huecos: corredera metálica de vidrio simple en general, vidrio doble y RPT para huecos de galerías.
• Medida 4. Sustitución de los sistemas térmicos individuales existentes de baja eficiencia energética por un sistema centralizado de gas para suministro de ACS y calefacción. Dicho sistema estará constituido por una caldera de condensación VIESSMANN.
• Medida 5. Incorporación de energía solar para ACS: Contribución 60%. Colocación de 36 m2 de colectores dispuestos en la cubierta inclinada 22º, orientada al Oeste.
Al haber definido previamente el equipo redactor del proyecto unas medidas de mejora, no se emplearán las medidas por defecto que propone la herramienta informática. Se crearán por tanto conjuntos de medidas definidas por el usuario y se compararán entre ellos.
1.4.1. Descripción de la Medida 1: Adición de aislamiento térmico en fachada


1.4.2. Descripción de la Medida 2: Adición de aislamiento térmico en cubierta


1.4.3. Descripción de la Medida 3: Doblado de huecos


1.4.4. Descripción de la Medida 4: Sustitución de los sistemas
térmicos individuales por un sistema centralizado para ACS y calefacción
La instalación de calefacción y agua caliente sanitaria será colectiva con producción centralizada de agua caliente mediante una caldera alimentada por gas natural.
La central térmica de calefacción estará compuesta por una caldera mural de condensación a gas. El sistema tiene un rendimiento estacional para ACS de 97% y para calefacción de 108%.


Características de la caldera


1.4.5. Descripción de la Medida 5: Incorporación de energía solar térmica par ACS
Se prevé una centralización de las instalaciones de calefacción y agua caliente sanitaria, con un aporte del 60% de esta última mediante placas solares en la cubierta del edificio.


15.4.13

EJEMPLO DE CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA CON CE3X

1. EJEMPLO: BLOQUE DE VIVIENDAS
El siguiente ejemplo describe el proceso de certificación de un bloque de viviendas mediante el Procedimiento simplificado de Certificación Energética de Edificios Existentes CE3X.
1.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL EJEMPLO
El edificio se sitúa en Zaragoza y fue construido en los años 60’.
Se trata de una construcción de planta baja y tres alturas, con dos portales y una distribución en cada uno de ellos de dos viviendas pasantes por planta. En total son 16 viviendas.
El edificio está siendo objeto de un proyecto de rehabilitación por lo que existe planimetría del mismo, se conocen las características constructivas de la envolvente y el estado de las instalaciones térmicas. Además se posee documentación sobre las medidas de ahorro de eficiencia energética a acometer.
El bloque carece totalmente de aislamiento térmico y las instalaciones son antiguas, siendo en su mayor parte calderas individuales para ACS y calefacción o únicamente termos eléctricos para ACS y estufas eléctricas para calefacción.
La rehabilitación que se va a realizar incluye la mejora de las características térmicas de la envolvente, con la incorporación de aislamiento térmico de los cerramientos y doblado de huecos, y prevé la sustitución de las instalaciones individuales por un sistema centralizado de ACS y calefacción con apoyo de energía solar térmica para ACS.
1.2. INTRODUCCIÓN DE DATOS EN EL PROGRAMA
Una vez recopilados los datos, se deberá proceder a introducirlos en el programa CE³X.
1.2.1. Introducción de Datos administrativos


1.2.2. Introducción de Datos generales y definición del edificio
Con los datos anteriormente descritos en la descripción general del edificio completaremos los datos generales y la definición del edificio.
DATOS GENERALES
Localización: Zaragoza
Antigüedad: Años 60’
Uso Bloque de viviendas (16 viviendas distribuidas en dos portales)
Superficie Útil Habitable 1293,44 m2
Altura Libre De Planta 2,5
Nº Plantas (incluye Planta Baja) 4
Masa de las particiones interiores Media (forjados con piezas de entrevigado y tabiquería de albañilería)


Dado que no se ha realizado ensayo de estanqueidad del edificio no se rellenará dicha casilla.
1.2.3. Introducción de la Envolvente térmica
La envolvente térmica de la vivienda está constituida por las fachadas –con sus huecos-, el suelo, la cubierta y los puentes térmicos.
Un resumen de las dimensiones de los cerramientos y de sus propiedades térmicas se muestra en el cuadro siguiente. Como se desarrollará más adelante, la transmitancia térmica U de las fachadas y el suelo se definirán como valores estimados, mientras la de la cubierta se hará como valor conocido.


1.2.3.1. Introducción de los datos de la cubierta
Como se ha comentado anteriormente, al conocer la composición constructiva de la cubierta, se definirá su transmitancia térmica como valor conocido.


Las características de los materiales que componen la cubierta y que serán introducidos en la librería de cerramientos , se muestran a continuación:




1.2.3.2. Introducción de los datos de muro de fachada Fachada Este-principal


Fachada Oeste
La herramienta informática no dispone de la orden “copiar” propiamente dicho, pero aprovechando los datos contenidos en el panel de la Fachada Este-principal, modificando únicamente la “orientación” del cerramiento y su “nombre”, y a continuación pulsar la orden “añadir” para incorporarlos a la estructura en árbol, podemos copiar las características de este elemento.


Fachada Sur


Fachada Norte


1.2.3.3. Introducción de los datos del suelo


1.2.3.4. Introducción de los datos de hueco
Únicamente las fachadas Este y Oeste poseen huecos.
A continuación se muestran las dimensiones y características generales de los mismos:


Los huecos se pueden introducir uno a uno, o bien, creando una superficie equivalente igual al sumatorio de superficies.
En este caso, para la fachada Este, se crearán dos huecos equivalentes, uno que unifique los huecos de los salones, que tienen las mismas dimensiones, y otro que unifique los huecos de los dormitorios.
Las dimensiones de cada hueco debe incluir tanto la parte semitransparente como la carpintería.
El porcentaje de marco de la ventana deberá considerar toda la carpintería del hueco, incluyendo sus perfiles fijos.
Las propiedades térmicas se definen como valores estimados y se muestran en el cuadro siguiente:


E-Salones


La absortividad se define en función del color del marco:


E-Dormitorios


O-Cocina


O- Galería