🏗️ Tema 37: Edificación: estructuras y patologías

Consorcio Provincial para el Servicio de Prevención y Extinción de Incendios y Salvamento de Alicante · Bombero/a

Resumen

Este es el tema 26 de conocimientos específicos de las bases (tema 37 en la web). Se estudia con la parte 1 «Edificaciones» del Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas del CEIS Guadalajara, que sigue el Código Técnico de la Edificación (CTE, aprobado por el Real Decreto 314/2006) y en especial sus documentos de seguridad estructural (DB SE, DB SE-AE y DB SE-C), y con el tema 23 «Construcción I: edificación» del manual de oposición del Cuerpo de Bomberos de la Comunidad de Madrid (CBCM). El bombero no calcula estructuras, pero tiene que leer un edificio dañado: saber por dónde bajan las cargas, qué elemento trabaja a qué y qué significa cada grieta. Los apeos y el rescate en derrumbes se ven en el tema 40.

Física aplicada. Una estructura está en equilibrio cuando la suma de fuerzas y la de momentos son cero; un cuerpo apoyado es estable mientras la vertical de su centro de gravedad cae dentro de su base de apoyo. Todo material se comporta primero de forma elástica (recupera su forma) y, pasado el límite elástico, de forma plástica (deformación permanente, con pérdida de resistencia). Con el calor los materiales dilatan: el acero y el hormigón tienen un coeficiente de dilatación casi idéntico (unos 0,000012 por grado), por eso trabajan juntos en el hormigón armado, y esas dilataciones en un incendio empujan a los elementos vecinos. La conductividad térmica mide cómo transmite el calor un material: el acero conduce mucho y los aislantes (corcho, fibra de vidrio, poliuretano) muy poco.

Acciones y esfuerzos. Según el CTE DB SE-AE, las acciones son permanentes (peso propio, pretensado, empuje del terreno), variables (sobrecarga de uso, viento, nieve, acciones térmicas, acciones sobre barandillas) y accidentales (sismo, incendio, impacto). Provocan esfuerzos internos que se materializan en tensiones. Los esfuerzos simples son compresión (el material se aprieta, como en un pilar o un puntal), tracción (se estira, como en un tirante) y cortante (fuerzas paralelas no coincidentes y de sentido opuesto, típico del encuentro viga-pilar). Los compuestos son flexión (una viga biapoyada tracciona abajo y comprime arriba; en un voladizo se invierte), pandeo (pieza larga y esbelta comprimida que se curva) y torsión (giro alrededor de su eje, como en vigas de borde).

Materiales y sistemas constructivos. Los pétreos (piedra, ladrillo, hormigón en masa) resisten bien la compresión y mal la tracción: son frágiles. El acero y la madera resisten tracción y compresión. El hormigón armado une ambos: el hormigón aporta la compresión y las barras de acero la tracción; hacia los 500 °C tanto el acero estructural como el hormigón pierden en torno a la mitad de su resistencia, pero el hormigón conduce poco el calor y protege la armadura. La madera arde, pero en piezas grandes resiste bien por su baja conductividad y la capa carbonizada. Las estructuras pueden ser murarias (muros de carga que trabajan a compresión y forjados a flexión, habituales en edificios antiguos), entramadas (pilares, vigas y forjados de hormigón, acero o madera, que llevan las cargas en cadena hasta la cimentación) o históricas (arcos y bóvedas que trabajan a compresión, con contrafuertes y arbotantes para los empujes).

Elementos estructurales. La cimentación transmite las cargas al terreno: directa (zapatas aisladas, corridas, losas), profunda (pilotes, cuando el extremo está a más de 8 veces su diámetro o ancho) y elementos de contención (muros y pantallas). El CTE clasifica los terrenos en T-1 (favorables), T-2 (intermedios) y T-3 (desfavorables, como los expansivos o con rellenos de más de 3 m). En las estructuras entramadas hay tres órdenes: pilares o soportes, vigas y forjados. Hay que distinguir estructuras isostáticas (el fallo de un elemento lleva al colapso) e hiperestáticas (con elementos de sobra que redistribuyen los esfuerzos, más seguras frente al fuego).

Elementos complementarios: cubiertas y cerramientos. La cubierta protege del agua, evacúa la lluvia y aísla. El CTE llama cubiertas planas a las de pendiente entre el 1 y el 5 % (excepcionalmente hasta el 15 %) e inclinadas a las de más; las tejas cerámicas piden al menos un 32 % y la pizarra un 60 %. Una cubierta plana tiene soporte, formación de pendientes, impermeabilización, aislamiento y protección; es invertida si el aislante va sobre la impermeabilización. En las inclinadas se habla de faldón, alero, cumbrera, limatesa (separa aguas) y limahoya (las recoge). Las cubiertas ligeras de fibrocemento o plástico pueden no soportar a una persona. Los cerramientos son pesados si superan 100 kg/m² (piedra, ladrillo, hormigón) y ligeros si no (vidrio, aluminio, paneles); los paneles prefabricados de hormigón colgados de anclajes metálicos vistos pueden caer enteros si el fuego daña los anclajes.

Valoración e inspección: lectura de la patología. Las grietas y fisuras son el síntoma principal; los secundarios son deformaciones (pandeos, flechas, abombamientos, desplomes), disgregación de morteros, empujes, separación de elementos y descuadre de huecos. Una fisura es superficial (generalmente de menos de 1 mm) y una grieta interrumpe la transmisión de esfuerzos. Las grietas nacen donde las tracciones son máximas y corren perpendiculares a las tracciones y paralelas a las compresiones; en fábricas siguen las juntas en escalera y en los huecos arrancan de las esquinas. Una grieta viva tiene bordes limpios y color de material recién roto; una muerta, bordes oscurecidos; los testigos de yeso o de vidrio permiten seguirlas. La lectura se hace al revés de como ocurre: de la lesión (grieta) al fallo (por ejemplo, un asiento) y de este al origen (un terreno desigual). Otras patologías: humedades de filtración y por rotura de instalaciones, carbonatación del hormigón (la fenolftaleína se vuelve rosa si el pH supera 9, es decir, si no hay carbonatación) y aluminosis del cemento aluminoso.

Patologías accidentales: incendio y sismo. El acero pierde resistencia muy deprisa y casi no se agrieta; en estructuras isostáticas fallan antes los nudos por la dilatación, y en las hiperestáticas se forman rótulas plásticas, primero en los nudos. El hormigón armado puede fallar por pérdida de adherencia con el acero (sobre todo con un enfriamiento brusco al final, con grietas limpias) o por «spalling», el desprendimiento a veces explosivo de capas de hormigón al inicio del incendio, con grietas ennegrecidas. Las fábricas aguantan, pero se comban por la diferencia de temperatura entre caras. En la madera, si pierde hasta el 20 % de sección es estable; entre el 20 y el 40 % necesita refuerzo, y por encima del 40 % es muy inestable (se carboniza a unos 0,7 mm por minuto). En un sismo los movimientos horizontales son los peligrosos; los efectos son mayores en terrenos blandos o saturados, donde puede darse la licuefacción, y la norma sismorresistente considera peligrosos los sismos de aceleración superior a 0,04 veces la gravedad.

Claves para el examen

• Acciones del CTE: permanentes (peso propio), variables (uso, viento, nieve) y accidentales (sismo, incendio, impacto).
• Esfuerzos simples: compresión, tracción y cortante; compuestos: flexión, pandeo y torsión.
• Viga biapoyada: tracción abajo y compresión arriba; en voladizo, al revés.
• Pandeo: pieza larga y esbelta sometida a compresión.
• Pétreos: buenos a compresión, malos a tracción (frágiles). El acero de la armadura da la tracción al hormigón.
• Acero estructural: a unos 500 °C pierde la mitad de su resistencia.
• Cimentación profunda: extremo a más de 8 veces su diámetro o ancho.
• Estructuras murarias, entramadas e históricas; isostáticas frente a hiperestáticas.
• Cubierta plana: 1-5 % de pendiente; invertida: aislante sobre la impermeabilización.
• Limatesa separa aguas; limahoya las recoge.
• Cerramiento pesado: más de 100 kg/m².
• Fisura: superficial, menos de 1 mm. Grieta: interrumpe la transmisión de esfuerzos.
• La grieta es perpendicular a las tracciones y nace donde estas son máximas.
• Grieta viva: bordes limpios; muerta: bordes sucios. Testigos de yeso para seguirla.
• Spalling: desprendimiento explosivo del hormigón al inicio del incendio; grietas ennegrecidas.

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