🧱 Tema 15: Construcción: materiales, elementos y sistemas estructurales

Generalitat de Catalunya · Cuerpo de Bombers de la Generalitat · Bombero/a de primera de la escala técnica

Resumen

Un edificio es un sistema estático pensado para aguantar cargas y acciones, y funciona por acción-reacción: cada fuerza sobre la estructura provoca una reacción de resistencia en pilares, vigas o muros de carga. Esas fuerzas internas son los esfuerzos, que deforman los materiales. Mientras las deformaciones están dentro de lo previsto no pasa nada; cuando superan ciertos límites aparecen lesiones, lo que se llama patología estructural, y si llegan al límite de resistencia de un elemento puede haber colapso (manual MAN.GRAL.006). Las acciones son las fuerzas o influencias externas: permanentes (el peso propio), variables (ocupación de personas, mobiliario, viento, nieve) y accidentales (explosiones, impactos, sismos). Las reacciones aparecen en los apoyos y uniones, llevan las cargas desde los techos hasta los cimientos y el terreno, y su dirección depende del tipo de unión (apoyada, articulada, empotrada); saber dónde están ayuda a sanear, abrir paso o apuntalar sin romper el equilibrio.

Los seis esfuerzos. Tracción: estira el elemento; la resisten muy bien el acero y la madera, y trabajan así tirantes y cables, que con el fuego se alargan y pierden tensión. Compresión: aplasta; la soportan materiales frágiles pero resistentes (piedra, cerámica, hormigón, tierra) y aparece en pilares, paredes de carga, arcos, bóvedas y cimientos, muy sensibles a la pérdida de sección o al calor. Flexión: combinación de compresión y tracción en una pieza que se curva; es el trabajo de vigas, jácenas y ménsulas (balcones), y se comportan bien el acero, la madera y el hormigón armado. Torsión: giro que retuerce, en mástiles, banderas, zunchos perimetrales y elementos asimétricos; pueden fallar de golpe si pierden rigidez. Cortante: quiere hacer «resbalar» una parte sobre otra; hay que vigilar la zona cercana a los apoyos, las ménsulas y las uniones atornilladas. Pandeo (vinclament): deformación lateral brusca de un elemento largo comprimido; depende de la esbeltez (relación longitud-sección) y el calor o cualquier pérdida de sección lo favorecen mucho.

Materiales. Mezclas de conglomerantes (yeso, cal o cemento): pasta (conglomerante + agua), mortero (+ arena) y hormigón (+ áridos); se usan en estructuras de hormigón, juntas de obra, revestimientos y pavimentos, y vienen en polvo (sacos, sacas, silos) o líquidos (hormigonera). Piedra: natural, antigua y resistente, en muros de carga, bóvedas y cúpulas, revestimientos y pavimentos; puede ir sin trabajar, tallada en sillares (carreus) o en losas. Cerámica: ladrillo macizo, perforado (gero) o hueco (totxana), ladrillos ligeros para tabiques, tejas, revestimientos (baldosas, plaquetas) y piezas de forjado (bovedillas o revoltons, casetones); también se usa en bóvedas y cúpulas; saber «leer» una pared permite distinguir un tabique, una pared de 15 cm o un muro de 30 cm o más. Madera: ligera, con buena relación resistencia-peso, serrada, laminada o en tableros (aglomerado, DM, tricapa, multicapa). Acero: gran capacidad de carga, en perfiles laminados (I, H, L, U, T), tubos, barras corrugadas para armar el hormigón y chapas. Láminas impermeabilizantes (PVC, bituminosas, multicapa), en rollos. Aislamientos: lana de roca o de vidrio, espumas (PU), placas sintéticas (XPS, EPS) o naturales, a granel (celulosa, arlita) y proyectados (perlita, vermiculita).

Cimentaciones: transmiten todas las cargas al terreno y evitan asientos diferenciales, grietas o colapsos. Zapatas aisladas bajo pilares (típicas de pilares y forjados); zapatas corridas, lineales, bajo muros de carga (sistema tradicional); losa de cimentación, una gran placa de hormigón armado bajo todo el edificio cuando el terreno es poco resistente; encepados y vigas de atado, que unen zapatas o pilotes y compensan movimientos del terreno y esfuerzos horizontales; pilotes o micropilotes, que llevan las cargas a capas profundas y pueden ser de hormigón, acero o madera; y muros de contención o pantallas, que retienen tierras y sostienen sótanos.

Elementos verticales: llevan las cargas de forjados, jácenas y cubiertas a los cimientos, y su fallo compromete de inmediato la estabilidad. Muros de carga: continuos, típicos del sistema tradicional, de 20 a 60 cm según material y época (ladrillo macizo, piedra, tapial, hormigón antiguo); su riesgo son las reformas que han quitado partes, las humedades o la corrosión de viguetas metálicas empotradas y los grandes huecos o dinteles débiles. Pilares: puntuales, casi siempre de hormigón armado (también de acero o madera); son el elemento más crítico de una estructura porticada, porque su fallo afecta a varios niveles, y la unión pilar-forjado es clave. Pantallas estructurales: muros de hormigón armado, más esbeltos, que dan rigidez frente a viento y sismos. Pilastras: refuerzos puntuales empotrados en muros, que no siempre son estructurales y pueden dar una falsa sensación de seguridad.

Elementos horizontales: recogen las cargas de uso y las pasan a los verticales, y suelen ser los primeros en deformarse o colapsar. Forjados de madera (edificación antigua, vigas y bovedillas o entarimados: muy vulnerables al fuego), metálicos (vigas de acero con bovedillas cerámicas, siglos XIX y XX: el metal se dilata con el calor y puede hacer caer los techos) y de hormigón armado (lo más extendido hoy: buen comportamiento si el recubrimiento es suficiente). Vigas: recogen la carga del forjado y la llevan a pilares o muros (madera, perfiles I, H o U, hormigón); sus uniones con pilares y muros son puntos de inspección clave. Jácenas: vigas principales de mayor canto que agrupan las cargas de varias vigas secundarias; si una falla, puede haber colapso progresivo de varios tramos, con alto riesgo si son metálicas sin proteger. Losas de hormigón: placas continuas sin viguetas, muy rígidas. Los elementos no estructurales (cerramientos como fachadas, cubiertas y soleras; divisiones como tabiques y falsos techos; revestimientos, aislamientos) no sostienen el edificio, pero pueden caer y ocultar patologías.

Sistemas constructivos: conjunto coordinado de elementos y materiales que da estabilidad y confort. Un edificio tiene tres grandes partes: estructura (lo mantiene en pie), cerramientos (fachadas, cubiertas, soleras: aíslan del exterior) y divisiones interiores (tabiques, falsos techos). Por la jerarquía estructural, las cargas bajan de vigas a jácenas, de ahí a pilares o muros y a los cimientos: cuanto más abajo está un elemento, más carga acumula y más grave es su colapso. Sistemas de luces pequeñas (4-8 m): tradicional de muros de carga (edificios antiguos, 30-60 cm de muro, forjados de madera o viguetas metálicas; no tolera que se elimine o degrade ningún elemento portante) y de pilares y forjados o porticado (habitual desde los años 70, paredes sin función estructural, plantas más libres y edificios más altos; ojo a los pilares con el fuego). Sistemas de grandes luces (más de 8 m, en naves, almacenes o pabellones): pórticos metálicos (ligeros, pero el acero pierde resistencia muy deprisa y pueden colapsar de golpe), de madera, a menudo laminada, en equipamientos deportivos o agrarios (comportamiento más previsible al fuego, pero necesitan protección) y prefabricados de hormigón (robustos y buenos al fuego, pero con su gran peso el fallo de apoyos o uniones puede ser muy grave). En grandes luces, perder un solo elemento puede tumbar toda la cubierta, sobre todo en las metálicas. Comportamiento: el sistema de muros de carga no tolera que se quite o degrade ningún elemento portante (cuidado con la madera y las reformas mal hechas); en el porticado, la unión entre pilares y forjados es la clave de la estabilidad global; en los pórticos prefabricados de hormigón hay que vigilar la pérdida de capacidad de las jácenas y, sobre todo, el estado de las uniones. La estabilidad se garantiza con traba, uniones rígidas o cruces de San Andrés.

Claves para el examen

• Acciones: permanentes (peso propio), variables (personas, muebles, viento, nieve) y accidentales (explosiones, impactos, sismos).
• Patología estructural: lesiones que aparecen cuando las deformaciones superan los límites previstos.
• Reacciones: en apoyos y uniones; dependen de si la unión es apoyada, articulada o empotrada.
• Tracción: tirantes y cables (acero, madera). Compresión: pilares, arcos, bóvedas, cimientos (piedra, cerámica, hormigón).
• Flexión: compresión + tracción; vigas, jácenas y ménsulas.
• Cortante: vigilar cerca de los apoyos. Pandeo: elemento largo comprimido; depende de la esbeltez.
• Pasta = conglomerante + agua; mortero = + arena; hormigón = + áridos.
• Ladrillo perforado: gero. Ladrillo hueco: totxana.
• Zapatas aisladas: bajo pilares. Zapatas corridas: bajo muros de carga. Losa: terreno poco resistente.
• Pilotes y micropilotes: a capas profundas; de hormigón, acero o madera.
• Muros de carga: 20-60 cm; peligro en reformas que han quitado partes.
• El pilar es el elemento más crítico de una estructura porticada.
• Jácena: agrupa las cargas de varias vigas secundarias; si falla, colapso progresivo.
• Jerarquía: vigas, jácenas, pilares o muros, cimientos. Cuanto más abajo, más crítico.
• Luces pequeñas: 4-8 m. Grandes luces: más de 8 m. Porticado habitual desde los años 70.

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