T6: Tipos Estructurales en la Construcción

El tipo estructural se refiere al conjunto de elementos resistentes capaces de mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempo, cuando está sometido a cargas y agentes exteriores.

Agrupación de Finalidades Primarias de una Construcción

1. Aislar un volumen del exterior contra los agentes naturales (cubiertas, cerramientos).
2. Sostener cargas fijas o móviles, el paso de vehículos y personas (edificios, puentes).
3. Contener empujes horizontales (presas, muros).
4. Otros grupos como tuberías, mástiles, chimeneas…

Además de la función resistente, hay que añadir:

• Condición de tipo económico: deberá ser lo más económica posible.
• Plazo de construcción: el dinero condiciona.
• Aspecto estético: tiene diferente importancia en unos casos y otros.

Materiales de Construcción

Acero

Alta resistencia, soporta grandes cargas con grandes luces, forma de alambres y cables, alta resistencia a la tracción.

Hormigón

Mezcla de arenas, cemento y agua. El curado del hormigón se produce en 28 días, pero en pocos días coge la dureza para ser desencofrado. Es muy resistente a la compresión, poco a la tracción. Para resolver el problema de la resistencia a tracción (hormigón armado, hormigón pretensado). Puede tener formas variadas (columnas, vigas…).

Funcionalismo Estático Resistente

La estructura debe permanecer firme en el terreno, obligándole a reaccionar de forma que equilibre el conjunto de pesos y empujes.

Tipos de Estructuras:

• Lineales (trianguladas, porticadas, poligonales).
• Superficiales (dos fenómenos tensionales: flexión y laja).
• 3 dimensiones (estabilidad ponderal).

T7: Suelo de Construcción

La parte de la corteza terrestre que puede recibir los efectos de las construcciones, que encima o dentro de ella produce la actividad del hombre.

Mecánica del Suelo

Estudia las modificaciones producidas por las construcciones en el estado físico, en las condiciones de equilibrio o en las tensiones, de toda la zona de suelo a la que llega su acción. El cimiento debe retransmitir las cargas de modo que el suelo pueda resistir las cargas, estando suficientemente alejado de la rotura. Las tensiones producidas deben ser menores que los valores admisibles.

Estudio Geotécnico

Conjunto de técnicas que nos van a permitir conocer cómo es el terreno en el que se va a hacer obras. Se pretende conocer (componentes del terreno, disposición de estos, profundidad del estrato resistente, resistencia de dicho estrato, sustancias existentes en el terreno, existencia y posición de los niveles freáticos).

Informe Geotécnico

Con la información obtenida del suelo se elaborará el informe y nos definirá: la clase de terreno, los detalles particulares de este, los aspectos más relevantes que hemos de tener en cuenta, el tipo de cimentación recomendado.

Tipos de Estudios Geotécnicos

1. Estudios de evaluación geotécnica: determinación de las características de áreas extensas; pueden ser de nivel general o detalle.
2. Estudios geotécnicos para la construcción: los que se realizan como paso previo al proyecto para saber la naturaleza y propiedades del terreno. Tiene tres niveles: reducido, normal e intenso.

Reconocimientos sobre el Terreno

Debe ser completo, suficiente y verídico.

Tipos:

• Catas o pozos: son excavaciones de formas diversas (pozos, zanjas, rozas) que permiten una observación directa del terreno, así como la toma de muestras y la realización de ensayos in situ. La diferencia (entre cata y pozo) está en la profundidad de la excavación: cata 3 y 5m y el pozo 5 y 10m.
• Sondeos: son perforaciones de pequeño diámetro para saber la naturaleza y localización de las distintas capas del terreno mediante la introducción de elementos para obtener muestras del suelo. Tipos: manuales, mecánicos (rotación o hincado, profundidades menos de 5m, realizadas a rotación o percusión). Los sondeos mecánicos deben usarse cuando (se quiere llegar a profundidades grandes, atravesar capas rocosas, extraer muestras inalteradas…).
• Pruebas de penetración: aplicación de energía fija. Tipos (estática: se mide la resistencia a través de un gato, dinámica: número de impactos necesarios para penetrar a una profundidad determinada).
• Métodos geofísicos: son una serie de técnicas que permiten medir determinadas propiedades físicas del terreno a partir de la superficie o de sondeos mecánicos para grandes áreas. Tipos: sondeos eléctricos verticales (en el interior del sondeo se crea un campo eléctrico y se mide la diferencia de potencial que se produce en dos electrodos, uno en la superficie y otro a profundidad), sísmica de refracción (un impacto mecánico se propaga en el subsuelo a diferentes velocidades, depende del terreno), gravimetría (caracterizar los terrenos mediante las anomalías en el campo gravitatorio terrestre).

Errores en Reconocimientos

• Corto, es decir, con profundidad insuficiente.
• Escaso, sin investigar lo suficiente.
• Sin encuadre.
• Falta de posición real de los puntos de reconocimiento.
• Empleo de equipo inadecuado.
• Personal poco especializado.
• Falta de supervisión técnica.

Cimentación

Tiene como misión la transmisión de las cargas que gravitan o inciden sobre un edificio al terreno. Su objetivo es garantizar la estabilidad de la obra que soporta durante su periodo de vida útil.

Consideraciones:

1. La cimentación debe diseñarse teniendo en cuenta un coeficiente de seguridad adecuado frente a un posible fallo por hundimiento o rotura del terreno.
2. Debe limitar la capacidad de producción de asientos en el edificio a unos valores máximos admisibles por el mismo y así no se produzcan daños en su estructura.
3. Además de capacidad portante, debe resistir la agresividad de sustancias contenidas en el terreno o agua, la profundidad que alcanza el efecto de la helada, la profundidad a la que se encuentra el estrato resistente, la profundidad del nivel freático, defectos subterráneos.
4. Debe tener un canto y unas armaduras para que no rompa por flexión y cortante.
5. Cuestión económica.
6. Influencia de cimentaciones próximas.

Tipologías de Cimentación

• Superficial.
• Profunda.
• Semiprofunda (intermedia entre superficial y profunda).

Zapatas

• Zapata simple: recibe la carga de un solo soporte, es el más frecuente, el terreno debe ser homogéneo y de resistencia media.
• Zapata de medianería: cuando queremos aprovechar íntegramente los límites del solar y los pilares se encuentran junto al perímetro de este.
• Zapata combinada: se utiliza para cimentar conjuntamente soportes próximos cuyas zapatas individuales requieran áreas de apoyo que llegan a superponerse.
• Zapatas corridas: son de gran longitud comparada con su cimentación transversal, se utilizan como base de muros o alineaciones de pilares.

Vigas y Emparrillados

• Viga de cimentación: es aquella zapata sobre la que se apoyan tres o más soportes.
• Muro de cimentación: puede transmitir cargas de los soportes al terreno o ser un muro de fachada y contención o ser un muro pantalla.
• Emparrillado: es una retícula de zapatas corridas.
• Losas: es una zapata combinada que cubre toda el área que queda por debajo de la estructura y que soporta las acciones de todos los muros y soportes.

Cimentaciones Semiprofundas

Solución intermedia entre las cimentaciones superficiales y las profundas. Se aplican cuando…

• Pozos de cimentación: cimentaciones semiprofundas.

Cimentaciones Profundas

• Pilotes: son elementos de cimentación de gran longitud comparada con su sección transversal que se hincan en una cavidad previamente abierta. Transmiten cargas a un estrato profundo. Se ponen cuando hay agua, para resistir cargas inclinadas, recalzar cimientos existentes, evitar incidencia sobre cimentaciones adyacentes. Tipos según su forma de trabajo: flotantes (situados en niveles de resistencia del suelo baja o media), de columna (transmitiendo la carga a un estrato profundo), combinados (parte de la carga es transmitida por fricción y el resto por punta). Según el sistema constructivo: prefabricados hincados (se ejecutan en taller, son de hormigón armado y pretensado, se hincan mediante percusión o roscado, recomendables en suelos de baja capacidad portante, arenas muy densas, cuando haya capas cementadas. Ventajas: menor plazo de ejecución, no lavados, limpio), in situ (Ventajas: no se desaprovecha material, el transporte es más barato, el rozamiento entre pilote y suelo es mejor, menos ruidosa, pilotes de gran diámetro, la máquina es más sencilla. Inconvenientes: el hormigón puede mezclarse con agua, durante el hormigonado pueden producirse desplazamientos).
• Encepados: es una pieza prismática colocada entre el soporte de la estructura y el pilote. Reparte la carga que transmite el soporte entre los pilares del grupo y enlaza con las vigas.
• Pantallas: cimentación profunda pero también como estructura de contención. Pueden ser rígidas o flexibles.

Cimentación de Máquinas

Tipos: de bloque, cajón, muros porticadas, pilotes sobre apoyos elásticos.

T8: Estructura de un Edificio

Elemento o conjunto de elementos que forman la parte resistente y sustentante de una construcción.

Tipos de Estructuras

• Estructura a base de muros portantes.
• Estructura a barras.
• A base de hormigón armado.
• Soluciones singulares de cubierta.

Estructuras de Hormigón Armado

El hormigón está hecho de cemento Pórtland, agua, áridos y aditivos. Si se le añade acero es hormigón armado. El hormigón resiste la compresión y el acero la tracción. Deben cumplir que haya adherencia entre los dos, la dilatación térmica entre los dos debe ser parecida, el hormigón le protege de la corrosión.

Ventajas

• Materias primas inagotables.
• Reducido coste del hormigón.
• Capacidad de adaptación y moldeo.
• Monolitismo.
• Simplicidad en la obra.
• Facilidad de conservación.
• Resistencia al fuego.

Inconvenientes

• Plazos de ejecución reducidos, no por el fraguado.
• Terrenos deficientes.
• Edificios con cambios en su uso.
• Edificios con grandes luces.

Soluciones Estructurales Normales en un Edificio

• Pórticos planos longitudinales.
• Pórticos planos transversales.
• Pórticos espaciales.

Armaduras Tipo en Pilares

1. Armadura longitudinal compuesta por n barras cuyas características vendrán determinadas por el cálculo y en diferentes disposiciones.
2. Armadura transversal compuesta por cercos cuyo diámetro y separación serán fijados por el cálculo. Misión: reducir la exposición transversal del hormigón, evitar el pandeo y resistir el esfuerzo cortante.

Armaduras Tipo en Vigas

• Armaduras de tracción que pueden estar situadas en la cara inferior o en la superior de la viga.
• Armaduras de compresión que también pueden estar situadas en la cara superior o en la inferior, de reparto o montaje.
• Inclinadas de esfuerzo cortante.
• Transversales para esfuerzo cortante o de montaje.

Estructuras de Hormigón Pretensado

La idea del pretensado es someter a compresión el hormigón antes de cargarlo en todas aquellas partes en las que las cargas produzcan tracción. Así, la compresión anula la tracción.

Vigas Preflectadas

Presolicitación por incurvación de un perfil metálico en taller por medio de fuerzas. Se hormigota una cabeza rodeando el ala metálica sometida a tracción y se retiran las fuerzas, quedando el hormigón comprimido y la pieza metálica con tensiones remanentes. En obra se efectúa el hormigonado de la otra cabeza y del alma. Ventajas: capacidad portante, alta rigidez, deformaciones reducidas, pequeño canto con relación a la luz.

Estructuras Metálicas

Empleo de un material de gran capacidad resistente como el acero. Amplia gama de productos que la industria produce, permite conseguir soluciones de gran envergadura como soluciones simples en unos plazos mínimos. Más habitual con nudos articulados, deben aguantar esfuerzos verticales y horizontales.

Ventajas

• Plazos cortos.
• Zonas muy congestionadas.
• Terrenos deficientes.
• Con probabilidad de ampliación.
• Grandes espacios libres.
• Grandes cargas sobre los soportes.

Inconvenientes

• Edificios con acciones dinámicas.
• Atmósfera agresiva.
• Con fuego.

Piezas a Compresión

Deberán utilizarse perfiles cuyo momento de inercia en relación a los dos ejes principales sean lo más parecidos posibles, ya que su capacidad resistente depende principalmente del momento de inercia mínimo. Los más idóneos en H, los que están acoplados por elementos transversales, 2 perfiles doble I, chapas unidas por soldadura.

Piezas a Flexión

Perfiles cuyo momento de inercia sea máximo para una misma cantidad de material: IPE e IPN.

Estructuras Mixtas Acero-Hormigón

Se caracterizan por la presencia de piezas que poseen secciones mixtas. El acero y el hormigón trabajan conjuntamente. Se utiliza en aquellas construcciones con luces grandes y cargas de importancia. Se intenta aprovechar de la mejor manera posible las cualidades de cada uno, limitando o eliminando sus aspectos desfavorables.

Características

• Mínimos pesos a bajo coste.
• Rigidez, monolitismo y arriostramiento.
• Prefabricación.
• Mínimos cantos con bajo coste.

La sección mixta consiste en (sección de hormigón, sección metálica y los conectores).

Conectores

Los elementos de unión que aseguran el trabajo conjunto de las secciones parciales de hormigón y de acero estructural. Además, impide el posible deslizamiento relativo de la losa de hormigón respecto a las secciones metálicas.

Tipos

• Rígidos.
• Flexibles.
• Deslizantes.

T9: Forjado

Aquel elemento resistente superficial que enlaza las diferentes partes de una estructura, distribuyendo entre estas las cargas que recibe y sirve de separación entre una planta y otra.

Función Resistente

• Soportar las acciones gravitatorias debidas al peso propio y sobrecargas que inciden sobre él para transmitirlas a los elementos resistentes en los que se apoya.
• Recoger y distribuir entre los soportes las fuerzas que actúan sobre el edificio en dirección paralela al plano medio del forjado.
• Arriostramiento de los diferentes pórticos.
• Ayudar a las vigas a soportar sus torsiones.

Función Aislante

• Aíslan unas plantas de otras acústicamente, amortiguando ruidos de impactos.
• Impiden la propagación de fuego.
• Aíslan térmicamente.
• Impermeabilización.

Condiciones del Forjado

• Monolitismo: rigidez que ha de tener el forjado en su plano para poder transmitir a la estructura las acciones horizontales externas y poder tener misión de enlace.
• Enlazabilidad: capacidad de unión con los elementos de la estructura que los soporta.
• Continuidad: capacidad de absorber momentos negativos.
• Rigidez: impide las oscilaciones sensibles y las deformaciones sean limitadas.

Tipos de Forjados

Resistentes

Sus viguetas son capaces de absorber por sí solas las solicitaciones que actúan sobre el piso.

Tipos

• De madera.
• Entrevigado metálico.
• De viguetas de hormigón.

Semiresistentes

Diferencia con el resistente es que colabora de la capa de compresión fundida en obra. Viguetas más económicas, de menor peso. Está compuesto de viguetas, bovedillas, hormigón de relleno en senos, capa de compresión y armaduras de reparto de tensiones y de carga.

Tipos

• Metálicos.
• Armados.
• De viguetas de celosía: se llaman así porque su armadura está constituida por una celosía metálica electrosoldada a base de redondos en U (actúan a compresión), flejes (actúan a tracción o combinación de ambos) y estribos que dan rigidez al conjunto.
• Pretensados.

No Resistentes

Características resistentes en el momento de su construcción son nulas.

Tipos

• Losas macizas.
• Losas nervadas.
• Losas aligeradas.
• Losas de hormigón translúcido.
• Losas reticulares.

T10: Condiciones de los Cerramientos

Estructurales

• Capaz de soportar las acciones horizontales del viento, su peso, las fuerzas debidas a la dilatación propia y de la estructura a la que va a estar sometido.
• Resistencia al fuego.

Ambientales

• Estanqueidad frente al agua.
• Ausencia de humedad debida a la condensación.
• Atenuación de las condiciones acústicas desfavorables.
• Establecimiento de la protección térmica.
• Durabilidad: deberá contar con capacidad para resistir agentes y agresiones, fácil mantenimiento y conservación.

Tipos

Tradicionales

• De ladrillo.
• De bloque de hormigón.

Prefabricados

• Pesados.
• Ligeros (PVC, chapa, muros cortina, fibrocemento).

Tipos de Fachadas con Paneles Prefabricados Ligeros

• Homogéneo de plástico: formado por una capa de poliestireno reforzada con fibra.
• Compuesto de plástico: formado por una capa exterior a base de resinas de poliéster reforzadas con fibra, una intermedia aislante y una interior de plástico.
• Homogéneo metálico: formado por una lámina de acero, aluminio, acero inoxidable.
• Compuesto metálico: una lámina exterior de acero, aluminio, acero inoxidable, intermedia aislante, interior plástico.

Fachadas con Paneles Prefabricados Pesados

• Capa exterior: protectora contra los agentes atmosféricos y que determina su aspecto exterior.
• Capa calorífuga: mantiene el coeficiente de transmisión de calor.
• Capa de arriostramiento del hormigón armado: sustentación a las cargas de cubierta y del techo.

Tipos

• Paneles macizos.
• Paneles aligerados.
• Paneles compuestos.

T11: Cubierta

Cerramiento que limita superiormente el edificio, protegiéndolo de los fenómenos atmosféricos.

Cubiertas Planas

Cuya pendiente es menor del 5%. Posibilidad de ser recuperables en tránsito y uso, para climas escasos de lluvia. Pueden ser de pared simple sin ventilación o doble pared ventilada.

Tipos

• Con cámara de aire.
• Sin cámara de aire con superficie aparentemente horizontal.
• Ajardinadas.
• Dependiendo del sistema constructivo: no transitables y transitables.
• Aplicación específica tipo Deck.

Características Técnicas

• Durabilidad.
• Resistencia y estabilidad.
• Adecuación a los condicionantes climáticos.
• Aislamiento térmico.
• Aislamiento acústico.
• Protección contra el fuego.
• Adaptabilidad a cambios.

Materiales de Cubrición

Requieren de las siguientes propiedades: impermeabilidad, aislamiento térmico, peso reducido, facilidad de montaje, larga duración.

• Tejas.
• Hojas de pizarra.
• Placas de fibrocemento.
• Policloruro de vinilo.
• Chapas de acero.
• Chapas de aluminio.
• Chapas lisas de cobre.
• Chapas de zinc.
• Paneles metálicos.
• Productos bituminosos.

Placas de Fibrocemento

Fabricadas mediante fibras largas de amianto, cemento Pórtland y agua. Resiste bien a los agentes atmosféricos, totalmente incombustible, no presenta aislamiento térmico. Más usual: placa granonda. Se montan sobre las correas.

Tejas

Son piezas de pequeño tamaño de cerámica, cemento, vidrio, fibrocemento, de formas diversas con espesor constante.

Pizarra

Gran variedad de dimensiones. Se colocan fijas, con solapamiento de las hojas.

Placas de Policloruro de Vinilo

Dos tipos: poliéster (resolver necesidades de iluminación de forma natural, son ligeras, de fácil manipulación y montaje, mínimo gasto, buena resistencia mecánica, aislante bajo, combustibles. Almacenes, angares o marquesinas. Se combinan con fibrocemento) y placas de plexiglás (buen aislamiento térmico, ahorro en estructuras y mano de obra, control de la luz solar. Se ponen en invernaderos, cubiertas… translúcidas, opacas o semiopacas).

Lucernarios

Están formados por placas de hormigón armado y baldosa de cristal. No en pendiente > 15%.

Cubiertas Planas en Edificios Industriales

• Cubiertas Deck: consiste en una chapa metálica por encima de la cual se coloca un panel aislante rígido, seguido de una o varias capas de impermeabilización y acabado por una capa de protección. La chapa metálica hace de elemento resistente, el aislamiento térmico por paneles ligeros, el sistema de impermeabilización lo forman materiales como: láminas de aluminio, capas de asfalto…
• Cubiertas sándwich.
• Soluciones en hormigón.

Cubiertas de Chapas Metálicas

Acero: más usual la chapa de acero galvanizado. Al ondular la chapa se obtiene mayor resistencia a la flexión. Principal inconveniente: mal aislamiento térmico. Para ello, entre dos chapas se mete polietileno. Otro tipo formado por placas de acero protegido de la corrosión, oxiasfalto y amianto y 2 láminas de aluminio. Ventaja: gran capacidad de carga, peso reducido. Inconveniente: se oxida, mal aislamiento térmico, gran resonancia. Tipos: ondulada, nervada, trapezoidal. Otro tipo son chapas de aluminio y zinc: Ventajas: ligereza, seguridad, reflectante, oxidación natural, no mantenimiento. Puede ser ondulada, trapezoidal, acanalada. Las de zinc se usan para pendientes de 20% o más.

Claraboyas

Se trata de elementos prefabricados de cerramiento de huecos para la iluminación de locales (pendiente no superior al 10%).

T12: Características de los Pavimentos Industriales

Se ven sometidos a diferentes solicitaciones. A menudo se encuentran cubiertos, por lo que los agentes atmosféricos no les afectan. Las características de superficie pueden ser especialmente importantes en algunos casos: el pavimento ha de ser resistente a impactos, al ataque de agentes químicos, al desgaste… Los vehículos que circulan van a poca velocidad, por lo que las exigencias antiderrapantes no son muy elevadas. Como la intensidad de tránsito y el volumen de obra son poco importantes, se pueden encontrar elementos intermedios.

Secciones Estructurales

• Revestimiento.
• Losa de hormigón.
• Lámina de separación (para la humedad).
• Capa de igualación de arena (porque la otra tiene irregularidades).
• Capa granular base (proporciona más uniformidad y estabilidad).
• Terreno natural.

Soleras con Cámaras Frigoríficas

Es necesario impedir que las bajas temperaturas de la superficie se transmitan al terreno de asiento, provocando la congelación del agua contenida en él. Solución: se recurre a la colocación de cámaras debajo de la losa de hormigón, con una capa de aislamiento térmico. Como protección adicional, suele disponerse debajo de ella una capa de estanqueidad que impida la penetración de la humedad.

Tipos de Juntas y Losas

• Juntas longitudinales.
• Juntas transversales de contracción.
• Juntas de dilatación.

Construcción del Pavimento

Se construyen encofrados que llevan incorporados unos carriles de rodadura para las máquinas. Se necesita un plan de trabajo, dividiendo el pavimento en bandas y determinando la fecha del hormigonado de cada banda.

Vacío del Hormigón Fresco

Consiste en aplicar sobre la superficie un plástico, dejando una cámara de aire entre ella y una capa filtro que permite el paso del agua pero no del mortero. Dicha cubierta se conecta a una bomba de vacío.

Revestimientos

Resistencia a agentes químicos o la no producción de chispas.

Tipos

• Continuos.
• Discontinuos (baldosas).

Cubierta con Cámara de Aire

Construida por 2 tabiques conejeros separados entre 50 y 60 cm, apoyados sobre el forjado y que a su vez dan apoyo a una solera de base o capa de 2 cm de mortero de cemento de refrigeración. Después se coloca una membrana impermeable y se continúa con el soldado.

Cubierta sin Cámara de Aire

Extender sobre el forjado terminado una capa de hormigón celular o aligerado que cuenta con un aislante térmico elevado. Este hormigón se acaba superficialmente con las pendientes previstas y con una pequeña capa de mortero. Colocada encima una membrana elástica de tal forma que recubra. Se dejan tres juntas de dilatación. Esta membrana se protege con una capa de rasilla, incluyendo una malla metálica.

Cubiertas con Superficie Aparentemente Horizontal

Construir una cubierta plana normal, con cámara o sin ella, y se proyecta entonces apoyos encima de unas piezas prefabricadas de 60 x 60 cm e incluso de 1 x 1 que se colocan horizontalmente y se apoyan en sus 4 vértices por medio de unos pequeños pilares, dejando una junta vacía entre las piezas de 4 o 6 cm de espesor. Así, al llover, el agua pasa por las juntas y cae a la cubierta que la conduce a los desagües.

Cubierta Ajardinada

Se trata de cubiertas para el uso de superficies destinadas al jardín, con pendientes entre el 1 y el 3%. Espesor de tierras necesario:

• Árboles: 50 cm a 1 m.
• Arbustos: de 20 a 50 cm.
• Césped: de 20 a 30 cm.

Agrupaciones Estructurales

Lineales

• Estructura triangular (compresión-tracción).
• Pórticos (flexión-hipérbola).
• Pórticos poligonales (flexión o compresión).

Superficiales

• Hormigón armado: placa, membrana, lámina.

Revestimientos

Es preciso disponer sobre la solera de hormigón un recubrimiento que proporciona las cualidades buscadas. Dos grupos: revestimientos continuos y revestimientos discontinuos. Para la elección del tipo de recubrimiento más adecuado se ha de seguir una tabla que permite obtener dicho recubrimiento en función de los agentes químicos, las cargas aplicadas y el tipo de características que se pretenden conseguir.