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La importancia de las estructuras en la construcción
Si hubiera que elegir cualquier elemento de la construcción que nos dé más miedo, diríamos que son las estructuras. Parece que cualquier albañil, vecino manitas o incluso tu cuñado son capaces de levantarte un tabique, cambiarte la instalación eléctrica o incluso cambiarte el tejado sin ningún tipo de proyecto ni de asesoramiento técnico. Pero los arquitectos sabemos que cuando hace falta construir una estructura es necesario poseer amplios conocimientos técnicos. Repasemos los conceptos básicos de este tipo de proyectos. ¿Qué son las estructuras? La estructura es como el esqueleto de un animal. Es la parte elemental sin la cual el resto del edificio se cae. En la construcción, todos los elementos son en mayor o menor medida estructura, puesto que al menos se sujetan a sí mismos y a otros elementos cercanos. En este sentido, la arquitectura tradicional no diferenciaba estructura de cerramiento. Para ilustrarlo, pensemos en una pirámide o en una catedral románica. Todas las piedras de la envolvente son importantes y, aunque podríamos quitar algunas, no diferenciamos cuáles son importantes y cuáles no. Todas cooperan en la estabilidad del conjunto. Aunque el concepto de estructura ya se conoce desde la antigüedad, es a partir del siglo XIX, con la aparición de nuevos materiales como el acero y posteriormente el hormigón, cuando se extiende la diferenciación entre la estructura y la envolvente. A día de hoy, casi todas las edificaciones tienen una estructura diferenciada, ya sea de hormigón, de acero o de madera. Incluso aunque la estructura sea de muros de carga (ladrillo, bloques de hormigón, etc.) se diferencia claramente qué muros son estructura (los llamados de carga) y qué muros son cerramiento o tabiquería. ¿Qué tipos de estructuras existen hoy en día? En la actualidad, existen infinidad de tipos de estructuras diferentes, aunque impera claramente el hormigón armado. Veamos cuáles son los sistemas de estructuras más habituales en España, tanto en obra nueva como en rehabilitación:
1. El hormigón armado Es el rey indiscutible de las estructuras en nuestro país y en gran parte del mundo. Se usa tanto para obra nueva como para rehabilitación. Cabe señalar que el hormigón armado se compone de dos materiales básicos: una masa continua de hormigón y un refuerzo interior de barras o mallas de acero. Existen varios sistemas diferentes de estructuras de hormigón armado, desde el sistema
tradicional adintelado formado por pilares, vigas y forjados hasta los muros continuos de hormigón o las losas. Todos estos sistemas se pueden combinar, es decir, puede haber estructuras que tengan pilares por un lado y muros de hormigón por el otro. Además, puede haber zonas con vigas y forjados y también zonas que tengan una losa continua. El hormigón armado está presente en casi la totalidad de las obras en, al menos, un elemento: la cimentación. La cimentación es como la raíz de una planta. Todas las estructuras necesitan una cimentación, que será mayor o menor en función de la resistencia del terreno y del peso de la estructura que sujete. La cimentación es un elemento tan complejo o más que la propia estructura, y normalmente necesita de un estudio geotécnico del terreno para poder ser calculada convenientemente.
2. El acero El acero es un material imprescindible en las estructuras, pues recordemos que la armadura del hormigón armado se compone de él. A nivel individual, las estructuras de acero se asocian, por ejemplo, a las naves industriales, las torres de telecomunicaciones, etc. El acero es un material ideal para soportar grandes luces, mediante la utilización de cerchas o vigas de gran canto, por eso, es muy habitual su uso en grandes espacios diáfanos. También es el material más habitual en los edificios de gran altura, como torres o rascacielos, pues, en general, tiene una mayor resistencia que el hormigón. En edificación convencional se usa menos debido, por un lado, a su precio, y por el otro a la falta de tradición y de mano de obra cualificada para su uso. La ventaja que posee es su mayor grado de prefabricación, que permite obras más rápidas y más limpias. Es un material muy recomendable en rehabilitación, gracias a que las obras en seco producen menos daños en la edificación original y son más reversibles. Las estructuras de acero se pueden combinar perfectamente con las de hormigón armado. El caso más habitual es el llamado forjado colaborante o forjado de chapa colaborante, que consiste en un forjado compuesto por una chapa grecada sobre la que se apoya una losa de hormigón, las cuales trabajan solidariamente. Sin embargo, también se pueden combinar los pilares de acero con losas de hormigón, con forjados unidireccionales de vigas planas, etc. 3. La madera La madera es el material primigenio para la formación de estructuras, y ya se usaba desde la prehistoria. Todas las grandes civilizaciones han recurrido a la madera para la elaboración de estructuras, especialmente de tejados y forjados intermedios, es decir, para las estructuras horizontales. Esto es debido a su gran resistencia a flexión, que otros materiales como la piedra y el ladrillo no tienen.
hay que tener en cuenta otros motivos técnicos, como el cálculo y el diseño concreto de cada estructura. Por regla general, las estructuras más habituales para edificios de tamaño intermedio (viviendas, edificios de viviendas, colegios, hospitales, etc.) son de hormigón. Por otro lado, el sistema más habitual es el de pilares y vigas de hormigón. Hoy en día son más habituales las vigas planas porque, aunque necesiten más cantidad de hormigón y de acero, son más fáciles de construir y originan espacios más versátiles. Los forjados más habituales son los unidireccionales de viguetas y bovedillas. Este sistema es el estándar y por tanto, a priori, el más barato para edificios de tamaño intermedio. Para edificios con grandes luces (naves, piscinas, teatros, estadios, gimnasios) no se puede usar un sistema estándar. En estos casos lo más adecuado y económico suele ser un sistema de pórticos de acero o de madera laminada. La elección de uno u otro dependerá del diseño de cada espacio. Para la rehabilitación de edificios tradicionales, que normalmente están formados por muros de carga y forjados de madera, lo mejor será sustituir los materiales en mal estado por un material de las mismas características. Habitualmente los muros de carga suelen estar en buen estado o llegan con un pequeño refuerzo. Sin embargo, las estructuras de madera suelen sufrir la peor parte y es conveniente sustituirlas por estructuras nuevas de madera aserrada o laminada. Como alternativa, se pueden sustituir también por estructuras metálicas. Lo menos conveniente suele ser la realización de estructuras de hormigón, pues estas pesan mucho y tienen un reparto de cargas distinto al de las estructuras de madera, por lo que pueden hacer surgir patologías de carácter irreversible sobre el muro original. Finalmente, para construcciones muy pequeñas, como garajes, pequeños cobertizos, casetas para el perro, casetas para aperos, etc. podemos usar estructuras de fábrica típicas de la zona, como la mampostería, el perpiaño, el ladrillo o el bloque de hormigón. Como material de cubrición siempre podremos usar una estructura ligera sobre correas de madera, acero o incluso hormigón prefabricado. Pero no debemos olvidar que las estructuras de bloque también han de llevar su debida cimentación, y que esta ha de ser acorde con el tipo de terreno. ¿Cómo se calculan las estructuras? El cálculo de estructuras es uno de los motivos, y muchas veces el único, por el que se llama a un arquitecto para realizar una obra, sobre todo si es pequeña. El diseño lo pone el cliente, la construcción la pone el albañil pero, ¿quién calcula la
estructura? ¿Quién se responsabiliza de que con esa estructura el edificio no se va a caer? El cálculo estructural conlleva un desarrollo matemático muy elaborado. No es solo fruto de la experiencia. Las estructuras no se diseñan a ojo, sino que se calculan. El Código Técnico de la Edificación (CTE) y la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) regulan los cálculos que hay que llevar a cabo en las estructuras de acero, madera y fábrica (CTE) y de hormigón (EHE). Estos cálculos se pueden realizar a mano, con hojas de cálculo especializadas o mediante programas informáticos. En general, cada técnico está capacitado para calcular el tipo de estructuras habituales de su campo. Para las estructuras de edificación convencionales, el técnico más cualificado para calcularlas es un arquitecto. Para calcular un puente, el técnico más cualificado será un ingeniero de caminos, mientras que para calcular la estructura de una nave, tal vez el técnico más cualificado sea un ingeniero industrial. Pero en todos los campos, y más en este caso, siempre hay especializaciones. Existen arquitectos, arquitectos técnicos e ingenieros especializados en el diseño y en cálculo de estructuras. Existen arquitectos que no calculan nunca sus estructuras y otros que recurren a especialistas en el caso de que exista cierta complejidad. No por ello son peores profesionales, sino que prefieren ofrecer una garantía extra aún a costa de compartir sus honorarios. Lo mismo pasa con otros campos fuertemente especializados como los de las instalaciones, la decoración, la eficiencia energética, etc. Profesionales especializados Si algo caracteriza a los arquitectos en España, son sus conocimientos especializados en campos técnicos, sobre todo en el ámbito de las estructuras. En el resto de Europa y en gran parte de América existe la figura del Ingeniero Civil, que se dedica a desarrollar técnicamente el diseño del arquitecto. En España el arquitecto tiene que desarrollar el proyecto al completo, desde la estructura hasta las instalaciones, y solo tiene la ayuda del arquitecto técnico durante la fase de la obra. Es verdad que puede firmarse cada parte del proyecto conjuntamente con otros técnicos, pero en la práctica esto nunca sucede y el proyectista se responsabiliza habitualmente de toda la construcción. Por este motivo, hay que aprovechar y confiar en los arquitectos a la hora de diseñar la estructura de nuestra edificación, ya sea desde un pequeño cobertizo hasta un colegio o un hospital. La pregunta habitual que nos hacen a los técnicos es: ¿qué viga debo poner para que la estructura aguante? La cuestión no es solo que el edificio no se caiga (los edificios no se suelen caer, incluso aunque estén mal calculados), sino si, debido a una flecha (la distancia que se mueve una viga cuando está cargada) excesiva se
bancos hoteles, edificios de oficina, apartamentos familiares, edificios públicos y restaurantes, no incluidos en los grupos I,II y III. Grupo V: Edificaciones no Incluidas en los Grupos Anteriores. Edificaciones cuyo colapso no induce daños a otras estructuras ni produce pérdidas de vidas humanas, como son los almacenes de productos no tóxicos, edificaciones provisionales para la producción, entre otras.
Clasificación de las Construcciones Sismorresistentes
De acuerdo a la Norma de Estructuras Sismorresistentes, la NCSE-02, de Octubre del 2002, según el uso a que se destinan, con los daños que puede ocasionar su destrucción e independientemente del tipo de obra que sea, las construcciones se clasifican en:
1. De importancia moderada Aquellas con probabilidad despreciable de que su destrucción por el terremoto pueda ocasionar víctimas, interrumpir un servicio primario, o producir daños económicos significativos a terceros. 2. De importancia normal Aquellas cuya destrucción por el terremoto pueda ocasionar víctimas, interrumpir un servicio para la colectividad, o producir importantes pérdidas económicas, sin que en ningún caso se trate de un servicio imprescindible ni pueda dar lugar a efectos catastróficos. 3. De importancia especial Aquellas cuya destrucción por el terremoto, pueda interrumpir un servicio imprescindible o dar lugar a efectos catastróficos. En este grupo se incluyen las construcciones que así se consideren en el planeamiento urbanístico y documentos públicos análogos así como en reglamentaciones más específicas y, al menos, las siguientes construcciones: - Hospitales, centros o instalaciones sanitarias de cierta importancia. - Edificios e instalaciones básicas de comunicaciones, radio, televisión, centrales telefónicas y telegráficas.
- Edificios para centros de organización y coordinación de funciones para casos de desastre. - Edificios para personal y equipos de ayuda, como cuarteles de bomberos, policía, fuerzas armadas y parques de maquinaria y de ambulancias. - Las construcciones para instalaciones básicas de las poblaciones como depósitos de agua, gas, combustibles, estaciones de bombeo, redes de distribución, centrales eléctricas y centros de transformación. - Las estructuras pertenecientes a vías de comunicación tales como puentes, muros, etc. que estén clasificadas como de importancia especial en las normativas o disposiciones específicas de puentes de carretera y de ferrocarril. - Edificios e instalaciones vitales de los medios de transporte en las estaciones de ferrocarril, aeropuertos y puertos.
- Edificios e instalaciones industriales incluidos en el ámbito de aplicación del Real Decreto 1254/1999, de 16 de julio, por el que se aprueban medidas de control de los riesgos inherentes a los accidentes graves en los que intervengan sustancias peligrosas.
- Las grandes construcciones de ingeniería civil como centrales nucleares o térmicas, grandes presas y aquellas presas que, en función del riesgo potencial que puede derivarse de su posible rotura o de su funcionamiento incorrecto, estén clasificadas en las categorías A o B del Reglamento Técnico sobre Seguridad de Presas y Embalses vigente. - Las construcciones catalogadas como monumentos históricos o artísticos, o bien de interés cultural o similar, por los órganos competentes de las Administraciones Públicas. - Las construcciones destinadas a espectáculos públicos y las grandes superficies comerciales, en las que se prevea una ocupación masiva de personas.
