Las claraboyas son elementos arquitectónicos capaces de transformar un espacio interior mediante la entrada de luz natural, ventilación y vistas del cielo. En una cubierta de hormigón armado, su diseño debe coordinarse con la estructura, la impermeabilización, el aislamiento térmico, el acristalamiento y las condiciones de mantenimiento.
Cuando se seleccionan e instalan correctamente, las claraboyas pueden reducir las necesidades de calefacción, refrigeración e iluminación artificial. Sin embargo, una solución mal dimensionada o mal ejecutada puede provocar ganancias térmicas excesivas, deslumbramiento, filtraciones, pérdidas de calor y riesgos para las personas que ocupan el edificio o trabajan sobre la cubierta.
Qué es una claraboya y qué función cumple en la cubierta
Cualquier conjunto acristalado que permite la entrada de luz natural a través de una cubierta puede denominarse claraboya.
Las claraboyas son literalmente ventanas en la cubierta, que permiten introducir un fragmento de cielo azul en la vivienda y contemplar el esplendor de las estrellas y de la luna.
Una claraboya proporciona luz natural, ventilación y una vista del cielo diurno y nocturno.
Las cubiertas acristaladas son una fuente esencial de iluminación natural y reducen la necesidad de iluminación artificial.
Las claraboyas pueden llenar una habitación de luz natural, haciéndola luminosa, alegre y acogedora, y transformando por completo su aspecto sombrío.
La luz natural que atraviesa una cubierta siempre ha tenido un carácter mágico y añade un gran valor al espacio situado debajo.
Las claraboyas se incorporan principalmente para aumentar la iluminación natural del edificio, reducir los costes energéticos y mejorar el confort mediante el uso de fuentes naturales de luz.
El área iluminada por la claraboya debe ser resistente a la intemperie; de lo contrario, también podría dejarse abierta al cielo.
La claraboya como parte de la envolvente del edificio
La claraboya se convierte en uno de los elementos importantes de la envolvente del edificio desde el momento en que el arquitecto la incorpora al proyecto.
La luz diurna aporta calor y deslumbramiento, cuya intensidad depende de la ubicación geográfica, la orientación y la posición dentro del edificio.
La ganancia o pérdida de calor a través de la cubierta y de la claraboya es un asunto importante, ya que ambas constituyen una parte considerable de la envolvente del edificio.
La ganancia o pérdida térmica depende directamente del confort térmico de los ocupantes y puede provocar un mayor consumo de energía para mantener las condiciones interiores previstas.
En el caso del material de cubierta, el rendimiento térmico es el factor dominante; en el caso de las claraboyas, son importantes simultáneamente el rendimiento térmico, la transmisión de luz y la ganancia térmica específica.
La combinación equilibrada de estos criterios desempeña un papel fundamental en la selección del material adecuado para la claraboya.
Hormigón armado y estructura de la cubierta
Un sistema de cubierta es la combinación de materiales de cobertura que forma una piel colocada sobre un sistema de entramado e integrada con el sistema estructural del edificio.
La cubierta es una parte importante de la envolvente del edificio, destinada fundamentalmente a proporcionar refugio y protección frente a la lluvia, el calor y el viento.
Según el tipo de edificio, varían el diseño de la cubierta y los materiales empleados.
La cubierta puede resolverse mediante una losa convencional plana o de baja pendiente de hormigón armado, una losa mixta, una cubierta inclinada de chapa de acero, una cubierta vegetal o de paja, una cubierta de tejas, una cubierta de vidrio u otras soluciones.
La elección del sistema de cubierta también depende del comportamiento de sus componentes frente a la intemperie, de sus propiedades térmicas, de la relación entre luz y peso, del coste y de la facilidad de construcción.
Una vez definido el sistema de cubierta conforme a las necesidades del proyecto, el coste y la durabilidad del material son consideraciones principales para elegir la solución adecuada.
Un análisis de coste-beneficio basado en la vida útil prevista del edificio permite seleccionar el material apropiado.
La luz de la cubierta, con o sin pilares intermedios, debe ser el primer factor determinante para el diseñador y el ingeniero estructural.
Tipos de cubierta según la accesibilidad
Las cubiertas se clasifican según su accesibilidad en accesibles y no accesibles.
Una cubierta accesible suele ser plana, con aislamiento e impermeabilización.
El aislamiento se realiza con poliestireno expandido o, preferiblemente, poliestireno extruido.
La pendiente para la impermeabilización se ejecuta con hormigón pobre y la impermeabilización debería realizarse preferiblemente con una membrana.
Antes de seleccionar la membrana debe comprobarse su vida útil.
En las cubiertas no accesibles existen formas inclinadas y curvas con diversas geometrías.
La parte estructural puede ejecutarse mediante hormigón armado, cerchas metálicas, estructuras espaciales o cerchas de madera.
Los materiales de cobertura pueden ser tejas asfálticas, metales como aluminio o hierro galvanizado prepintado.
La instalación de estos materiales depende del proveedor y se realiza después de colocar el componente estructural.
Principios de diseño de una claraboya en hormigón armado
El diseño de la claraboya debe responder al uso del edificio.
La luz, la forma del hueco en la cubierta y el presupuesto son los tres factores principales que determinan el diseño de una claraboya.
La luz estructural de la cubierta condiciona el tamaño, la posición y la necesidad de refuerzos alrededor del hueco.
La selección de la ubicación de las claraboyas debe basarse en un estudio de la trayectoria solar.
Pequeñas modificaciones realizadas a partir de este estudio pueden producir grandes resultados.
Los resultados del estudio solar pueden utilizarse para conseguir que la luz difusa de las claraboyas llegue a bancos de trabajo o escritorios.
En función de las condiciones climáticas, la superficie y la ubicación de la claraboya desempeñan un papel decisivo en la calidad de la iluminación y en la ventilación cruzada de los espacios habitables.
El aspecto más importante al diseñar una claraboya es conseguir luz sin deslumbramiento y ventilación.
Al optimizar la eficiencia energética, una consideración fundamental del diseño y de la instalación es la estética, es decir, la apariencia de la claraboya tanto desde el interior como desde el exterior.
La estética de la claraboya es ocasionalmente exterior, pero casi siempre interior, porque aporta un carácter especial al espacio que cubre.
Existen dos tendencias de estética estructural en las claraboyas: una desarrolla un patrón o ritmo en la propia estructura y otra espera que la estructura sea mínima y celebra el vidrio.
Integración del hueco en una losa de hormigón armado
En una cubierta de hormigón armado, el hueco de la claraboya debe considerarse desde las primeras fases del proyecto y no como una perforación improvisada después del hormigonado.
La posición del hueco debe coordinarse con la dirección de las armaduras, los nervios, las vigas, los apoyos, los elementos de borde y las instalaciones.
El marco perimetral de la claraboya debe transferir las cargas hacia la losa, las vigas o los elementos resistentes definidos por el cálculo estructural.
La geometría de la abertura, la luz de la cubierta y las cargas previstas determinan la solución estructural más adecuada.
Las cargas de diseño incluyen las cargas estáticas, la nieve, el viento y las acciones sísmicas.
La instalación de las claraboyas suele ser la última actividad del cierre de la envolvente del edificio y, por ello, requiere coordinación con los demás oficios desde el inicio del diseño.
Los detalles de instalación varían según el material seleccionado para la claraboya.
La elección del vidrio adecuado y el cumplimiento de los requisitos de seguridad son aspectos fundamentales del diseño de claraboyas.
También son importantes las propiedades acústicas y térmicas del vidrio utilizado.
Control de la luz, el calor y el deslumbramiento
Las claraboyas mejoran la eficiencia energética del edificio.
El aprovechamiento de la energía solar mediante claraboyas para llenar un espacio con luz difusa puede ser más eficiente que el uso de ventanas verticales.
Cuando se instalan correctamente, las claraboyas pueden ayudar a reducir los costes de calefacción, refrigeración e iluminación.
Pero si no se instalan adecuadamente, pueden hacer que una habitación resulte incómoda debido a una entrada de calor no deseada, obligando al aire acondicionado a trabajar más en verano o permitiendo que se escape calor valioso en invierno.
Las claraboyas pueden dejar entrar casi cuatro veces más calor que una ventana estándar.
La ganancia térmica debe gestionarse eficazmente para equilibrar la carga de climatización y las necesidades de iluminación.
En la India, un problema importante de las claraboyas es el posible efecto invernadero en el espacio cerrado, más que la pérdida de calor.
Además de la orientación de la claraboya, un tintado intenso del vidrio o del policarbonato también reduce la luz natural y contradice el objetivo principal de disponer de una claraboya.
El calor del sol se transmite al edificio como calor radiante y su cantidad depende de la estructura química del material de acristalamiento.
Los distintos materiales reaccionan de manera diferente frente a las diversas partes del espectro solar.
Algunas longitudes de onda se reflejan, otras se absorben y otras se transmiten.
El diseño de las claraboyas y su comportamiento real deben validarse mediante herramientas de simulación informática.
Valor U y coeficiente SHGC
En cuanto a las propiedades térmicas de un vidrio o una lámina, los factores principales son el valor U, relacionado con el comportamiento de pérdida de calor del conjunto de la claraboya, y el SHGC, que corresponde al coeficiente de ganancia de calor solar.
Estos dos factores funcionan conjuntamente.
El SHGC representa la ganancia térmica procedente únicamente del sol.
El valor U también incluye la ganancia o pérdida térmica debida a las condiciones interiores, como la temperatura corporal de las personas, el calor producido por los sistemas HVAC y otros servicios, y el calor generado por los equipos que funcionan en el interior.
En condiciones de verano, un SHGC más bajo es más importante.
Un material de acristalamiento con bajo coeficiente SHGC, bajo valor U, alta transmisión visible y una transparencia adecuada a la ubicación y a la distribución sería ideal para el diseño del espacio.
| Parámetro | Función principal |
|---|---|
| Valor U | Rendimiento de pérdida o ganancia de calor del conjunto de la claraboya |
| SHGC | Ganancia de calor procedente del sol |
| Transmisión visible | Cantidad de luz natural que atraviesa el acristalamiento |
| Transparencia | Relación entre la entrada de luz, la ubicación y la distribución interior |
Selección del acristalamiento
El término «acristalamiento» tiene un significado muy amplio en el vocabulario arquitectónico e incluye materiales transparentes, translúcidos e incluso opacos.
El mercado ofrece una gran variedad de materiales de acristalamiento, desde plásticos hasta vidrio.
Actualmente, las opciones materiales disponibles para las claraboyas incluyen vidrio de seguridad, láminas de policarbonato y paneles de FRP, es decir, plástico reforzado con fibra.
Cada uno de estos materiales tiene ventajas y desventajas propias y requiere conocimientos específicos para su instalación.
Todos los materiales presentan características diferentes en cuanto a transmisión de luz y conductividad térmica por unidad de superficie expuesta al ambiente exterior.
Vidrio
Aunque el acristalamiento de vidrio es comparativamente más caro, generalmente se prefiere al plástico por su durabilidad, su mejor apariencia y el hecho de que no cambia de color con el tiempo.
El vidrio ofrece además más posibilidades para equilibrar la iluminación natural y la eficiencia energética.
Según las condiciones del proyecto, el acristalamiento debería ser principalmente de vidrio de baja emisividad, conocido como Low-E Glass.
Un matiz en el vidrio puede proporcionar el color de luz natural deseado.
Las unidades de doble acristalamiento con barrera térmica son imprescindibles en condiciones de calor extremo.
La instalación del vidrio debe ejecutarse de forma especializada.
Plástico, policarbonato y FRP
Las claraboyas suelen construirse con plástico o vidrio, y la elección depende de varios factores, entre ellos el clima, la posición dentro del edificio y el presupuesto.
El acristalamiento plástico para claraboyas es menos costoso que el de vidrio y, aun así, ofrece una durabilidad razonable.
Sin embargo, el plástico es más susceptible al desgaste y puede rayarse, decolorarse o deformarse con facilidad.
Algunos tipos de acristalamiento pueden dejar pasar rayos ultravioleta peligrosos, capaces de afectar a las personas y de decolorar los acabados interiores.
La selección de la claraboya puede organizarse según dos clasificaciones principales: una basada en las necesidades de iluminación natural dentro de los límites admisibles de ganancia térmica y otra basada en el material.
Rotura por tensión térmica
La rotura del vidrio por tensión térmica se produce cuando existe una diferencia de temperatura entre distintas partes del vidrio.
Este fenómeno es más común en piezas grandes de vidrio aislante sellado con recubrimientos intensamente absorbentes de calor o reflectantes.
La parte exterior del vidrio se calienta más que la interior porque el recubrimiento convierte la radiación solar en calor sensible.
El vidrio exterior se dilata y se deforma y, cuando está retenido en un conjunto rígido, se fisura.
Por esta razón, la selección del vidrio, el diseño del marco, las tolerancias de montaje y la exposición solar deben analizarse conjuntamente.
Seguridad de las claraboyas
La seguridad de la claraboya debe considerarse tanto para las personas que se encuentran debajo como para quienes trabajan sobre la cubierta durante las tareas de mantenimiento o limpieza.
La Occupational Safety and Health Administration considera que una claraboya situada en una cubierta es un hueco en la superficie del techo.
Una claraboya sobre la que se pise o se caiga accidentalmente puede romperse y provocar una caída desde una altura mortal.
Si las claraboyas se encuentran cerca de una zona de trabajo o de una superficie de circulación, deben protegerse con las pantallas o barandillas adecuadas.
Como requisito básico, el vidrio debe cumplir las condiciones de acristalamiento de seguridad, utilizando vidrio laminado de seguridad.
Los principales riesgos de las claraboyas son las cargas de diseño, el peligro de caída y el peligro de incendio.
Las cargas de diseño comprenden las acciones estáticas, la nieve, el viento y los terremotos.
Cuanto más pesado es el material, mayor es el peligro.
Si la ubicación de la instalación está expuesta a riesgos, la opción más segura consiste en utilizar un material ligero con un sistema de bastidor robusto, capaz de resistir el fuego y las cargas exteriores sin desintegrarse.
Otro problema de seguridad es la posible acumulación de humo en caso de incendio dentro del edificio.
La solución de seguridad debe contemplar el comportamiento del vidrio o del panel, la estabilidad del marco, el acceso de mantenimiento y la protección perimetral del hueco.
Formas y sistemas de claraboya
Las claraboyas están disponibles en una gran variedad de formas y tamaños.
Pueden ser planas, abovedadas, fijas o practicables.
En algunas situaciones, cuando el vidrio debe ser accesible y transitable desde arriba, como en el caso de un suelo de vidrio, puede diseñarse una claraboya plana.
La elección de la forma debe responder a la geometría de la cubierta, la luz estructural, las condiciones de drenaje, las necesidades de mantenimiento y el tipo de acristalamiento.
Dispositivo tubular de iluminación natural
El dispositivo tubular de iluminación natural capta la luz solar mediante una cúpula situada en la cubierta y la transporta al interior a través de un tubo reflectante que discurre desde el techo hasta el cielo raso.
Desde allí, la luz se distribuye uniformemente en el espacio interior mediante un difusor.
Estos dispositivos también se denominan claraboyas tubulares, tubos solares y túneles de luz.
Son sistemas de alto rendimiento que utilizan tecnologías ópticas para mejorar significativamente la forma en que la luz natural se capta y se conduce hacia los interiores.
En el futuro, la luz natural se captará y canalizará para producir iluminación interior de alto rendimiento.
Cómo instalar una claraboya en un panel teja - Paso a paso
Diferencia entre ventana de cubierta y claraboya
Las ventanas de cubierta y las claraboyas tienen la función común de introducir luz natural en los interiores y hacer más luminosos los espacios.
Una ventana de cubierta es una aplicación inclinada de un producto de fenestración que permite su accionamiento al alcance de la mano.
También puede utilizarse para evacuación y rescate en situaciones de emergencia.
Una ventana de cubierta es una ventana practicable hacia el exterior instalada en el tejado, que permite iluminar y ventilar los espacios interiores.
Las ventanas de cubierta ofrecen vistas del exterior, especialmente cuando se emplean en cubiertas inclinadas, y permiten incorporar al interior una parte importante de la naturaleza y del cielo.
Las ventanas de cubierta proporcionan luz directa, mientras que las claraboyas proporcionan luz difusa.
Un panel translúcido instalado a gran altura en una fachada opaca también puede recibir el nombre de claraboya, pero no puede considerarse una ventana de cubierta porque no está instalado sobre el tejado.
Las claraboyas se utilizan ampliamente en zonas donde no es posible introducir luz mediante ventanas, especialmente en atrios, corredores, áticos y trasteros.
| Elemento | Características |
|---|---|
| Claraboya | Introduce principalmente luz difusa a través de la cubierta |
| Ventana de cubierta | Es una ventana inclinada y practicable que proporciona iluminación y ventilación |
| Dispositivo tubular | Capta la luz mediante una cúpula y la conduce por un tubo reflectante |
La Hyparschale de Magdeburgo: una referencia de hormigón de cáscara
La cubierta parabólica hiperbólica de Magdeburgo es más que un pabellón; es una obra maestra arquitectónica.
Construida en 1969 según los planes del ingeniero Ulrich Müther, ha pasado por altibajos, celebrada, abandonada, casi demolida y finalmente salvada.
Hoy resplandece con renovado esplendor tras una extensa restauración y sirve como un moderno centro de eventos.
Cuando se completó la Hyparschale en 1969, era el gran orgullo de la ciudad de Magdeburgo.
Era una sala de usos múltiples con una estructura de techo tan futurista que no se veía todos los días.
Ofrecía espacio para ferias, congresos, eventos deportivos e incluso programas de televisión.
Pero luego vino la reunificación, y con ella el destino de muchas construcciones de la RDA: el abandono.
Faltaban fondos estatales para el mantenimiento y, en los caóticos años noventa, la Hyparschale se había convertido en poco más que una sombra de sí misma.
En 1997, el edificio fue finalmente cerrado por la policía de construcción, ya que su estado ruinoso hacía imposible su uso.
Durante un tiempo, todavía sirvió como motivo fotográfico para los fanáticos del encanto de los lugares abandonados, pero aparte de eso, no ocurrió mucho más.
Estuvo varias veces a punto de ser demolida.
Ulrich Müther y las cáscaras de hormigón
Cuando se trata de construcciones de techos de cáscara espectaculares, Ulrich Müther es un referente obligado.
El ingeniero civil de Binz, en Rügen, fue un verdadero pionero en el campo de las construcciones de hormigón de cáscara delgada y creó alrededor de 74 de estos edificios en la RDA.
Su sello distintivo fueron las cáscaras de paraboloide hiperbólico, precisamente la estructura que hace tan especial a la Hyparschale de Magdeburgo.
Müther no solo era un ingeniero talentoso, también era un visionario.
Se inspiró en modelos internacionales, especialmente en el trabajo del arquitecto mexicano Félix Candela.
Mientras otros en la RDA se enfocaban en construcciones convencionales y funcionales, él desarrolló estructuras de cáscara delgadas y casi poéticas.
Su obra más conocida es probablemente el Teepott en Warnemünde, pero la Hyparschale también es una de sus obras maestras.
Geometría estructural de la Hyparschale
Lo que hace que la Hyparschale sea realmente especial es su techo.
El techo está compuesto por cuatro paraboloides hiperbólicos, que son superficies de doble curvatura, increíblemente estables pero ligeras al mismo tiempo.
La cáscara solo tiene 7 cm de grosor y cubre una base cuadrada de 48 x 48 m, lo que equivale a una superficie total de 2304 m².
La estructura es tan ingeniosa que funciona sin soportes adicionales.
Todo se basa en una técnica que Müther perfeccionó: el hormigón gunitado.
El hormigón se aplicó capa por capa, creando así una construcción delicada pero extremadamente resistente.
Gracias a esta técnica, se pudo prescindir de las paredes masivas; en cambio, domina el vidrio, haciendo que el interior parezca luminoso y abierto.
En tiempos anteriores, incluso las claraboyas proporcionaban luz adicional, pero en algún momento fueron selladas por temor a filtraciones.
Otro aspecto destacado de la construcción es la casi total ausencia de soportes en el interior.
A través de un sistema de vigas de borde y anclajes de tracción en el suelo, las cargas de los arcos del techo se distribuyen de manera que apenas se necesitan elementos de soporte en el espacio mismo.
Restauración y recuperación de las claraboyas
La Hyparschale de Ulrich Müther en Magdeburgo es un ejemplo destacado de arquitectura innovadora.
No está sola: Müther realizó muchas otras impresionantes estructuras de cáscara en la RDA y más allá.
El Teepott en Warnemünde y el Centro de Congresos en Neubrandenburg son solo dos ejemplos de sus construcciones creativas.
Lo que une a todos estos edificios es el uso de cáscaras de hormigón delgado, que a pesar de su elegancia son sorprendentemente estables.
Aunque la Hyparschale estaba bajo protección patrimonial, eso no significaba que estuviera salvada.
En la década de 2000 se discutieron diferentes conceptos, pero ninguno tuvo éxito.
Finalmente, en 2012, se fundó una asociación bipartidista que se esforzó por el mantenimiento de la sala.
En 2019 comenzó la renovación, y fue todo un desafío.
El mayor problema era el techo: ¿cómo se renueva una cáscara de hormigón de 7 cm de grosor sin destruirla?
La solución fue el hormigón de carbono.
Este material es extremadamente ligero y, sin embargo, más estable que el hormigón armado convencional.
También se volvieron a exponer las antiguas claraboyas, permitiendo así que la luz del día volviera a inundar el interior.
La fachada de vidrio se modernizó para restaurar la transparencia y la apertura de la construcción original.
Además, la sala recibió una nueva estructura espacial flexible en su uso.
Uso actual del edificio
Desde junio de 2024, la Hyparschale ha reabierto sus puertas con un programa variado de eventos.
En los primeros meses ya se han llevado a cabo varias exposiciones, conferencias y eventos culturales.
La sala es ahora un espacio multifuncional para conferencias, congresos, exhibiciones y eventos culturales.
Ofrece espacio para 200 a 500 invitados y, gracias a una división inteligente del espacio, permite una variedad de usos.
Cuatro cubos situados en las esquinas de la sala sirven como salas de seminarios, mientras que el área central está disponible para eventos más grandes.
Aspectos esenciales para proyectar una claraboya
- Estudiar la trayectoria solar antes de fijar la ubicación y la orientación.
- Definir la luz estructural, la forma del hueco y la economía de la solución.
- Coordinar la abertura con la losa, las vigas, las armaduras y las instalaciones.
- Seleccionar el material según el clima, la posición en el edificio, el presupuesto y el uso previsto.
- Equilibrar la transmisión de luz, el valor U y el coeficiente SHGC.
- Evitar el deslumbramiento y controlar la entrada de calor.
- Garantizar la impermeabilización y la resistencia a la intemperie.
- Considerar las propiedades térmicas y acústicas del acristalamiento.
- Utilizar vidrio laminado de seguridad cuando corresponda.
- Proteger los huecos próximos a zonas de trabajo o circulación con pantallas o barandillas adecuadas.
- Evaluar las cargas estáticas, de nieve, viento y sismo.
- Prever el mantenimiento, la limpieza y la seguridad de los trabajadores sobre la cubierta.
- Validar el rendimiento mediante herramientas de simulación informática.
- Coordinar la instalación con los demás oficios desde el inicio del diseño.
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