🏗️ Tema 23: Principios de la construcción y patologías

Ayuntamiento de Zaragoza · Bombera/o Conductor/a

Resumen

Empezamos por lo básico: una edificación es, según la RAE que cita el manual, «aquella construcción fija, hecha con materiales resistentes, para habitación humana o para otros usos». Para nosotros el edificio es la suma de tres familias de elementos: los estructurales, que tienen capacidad portante y reciben y transmiten cargas (forjados, pilares, cimentaciones); los complementarios, que dan el confort y el uso (cerramientos, tabiques, instalaciones, acabados); y los auxiliares, que solo están mientras se construye o se repara (andamios, cimbras, encofrados y, ojo, los apeos). El CTE fija por defecto un periodo de servicio de 50 años para la capacidad portante.

La física que hay que tener clara: la fuerza es una magnitud vectorial (F = m · a) que se mide en newtons y se define por su módulo, dirección, sentido y punto de aplicación, y todo se rige por las tres leyes de Newton (inercia, F = m · a y acción-reacción). Cuando la fuerza no pasa por el punto de giro aparece un momento, que se mide en N·m y vale fuerza por brazo: a más brazo, más momento; el manual lo toma positivo si gira en sentido horario. Hay equilibrio estático cuando la suma de fuerzas y la de momentos valen cero, y un cuerpo apoyado es estable si la vertical de su centro de gravedad cae dentro de la base. Los materiales se comportan primero de forma elástica (recuperan su forma) y, pasado el límite elástico, plástica (deformación permanente); la ley de Hooke es σ = E · ε, y bajo la misma carga el hierro fundido se deforma el doble que el acero y el hormigón hasta 10 veces más.

Tipos de fuerzas o acciones según el CTE DB SE AE: permanentes (peso propio, pretensado y acciones del terreno), variables (sobrecarga de uso, acciones sobre barandillas, viento, acciones térmicas y nieve) y accidentales (sismo, incendio e impacto). Valores de referencia del manual: viento simplificado de 0,5 kN/m² en toda España, nieve de 1,0 kN/m² en cubiertas planas por debajo de 1.000 m de altitud, barandillas de resistencia dudosa a 0,5 kN/m, juntas de dilatación cada 40 m como máximo para poder olvidar las acciones térmicas, sismo peligroso a partir de 0,04 veces la gravedad e impacto de vehículos de hasta 30 kN calculado con 50 kN en paralelo a la vía y 25 kN en perpendicular (no simultáneos).

Tipos de esfuerzos: la tensión es fuerza por unidad de superficie (N/mm²) y la de trabajo ronda el 70-80 % del límite elástico. Los esfuerzos simples son la compresión (el material se aprieta: pilares, muros, puntales), la tracción (se estira: el tirante) y el cortante o cizalladura (las partículas deslizan, como en el encuentro de viga y pilar). Los compuestos son la flexión (en una viga biapoyada tracciona abajo y comprime arriba; en un voladizo, al revés), el pandeo (piezas largas y delgadas comprimidas según su directriz) y la torsión (fuerza circular, típica de voladizos). En la fibra neutra solo hay cortante; en las fibras extremas, tracciones y compresiones.

El mecanismo de transmisión de cargas depende de los nudos: el apoyo tiene 1 coacción y deja 2 grados de libertad, la articulación 2 coacciones y 1 grado, y el empotramiento 3 coacciones y ninguno. Sumando grados de libertad (GL) y coacciones (C) de todo el conjunto: GL < C es hiperestática (hay reserva: si falla una pieza, las demás se reparten el esfuerzo), GL = C es isostática (estable pero justa: si falla una pieza, colapsa) y GL > C es un mecanismo o estructura hipostática. En los sistemas adintelados los forjados cargan en muros de carga y cada vano trabaja por su cuenta; en los entramados los pilares (a compresión) y las vigas (a flexión) forman pórticos hiperestáticos; en los triangulados, con cargas en los nudos, las barras solo trabajan a tracción y compresión; y en los abovedados las dovelas trabajan a compresión y empujan en las impostas, su punto más débil. Al final todo baja por muros y pilares a la cimentación y de ahí al terreno.

Patología estructural: las causas pueden ser internas (fallos de proyecto o de ejecución, malos materiales, reformas, envejecimiento, mal uso o mala conservación) o externas, que dejan secuelas ocultas y pueden traer una ruina repentina: antrópicas (excavaciones, metro, demolición de colindantes, descalces) y naturales (incendios, seísmos, explosiones, inundaciones). En las lesiones no accidentales siempre intervienen el agua, el terreno y las características constructivas. El agua da humedades capilares (suben desde el terreno), freáticas, de filtración (bajan desde arriba), de condensación, de obra y accidentales. Terreno y calidad constructiva producen cinco tipologías: adaptación o encaje, cedimiento o hundimiento (flechas excesivas, descenso de la cimentación, arcillas expansivas de montmorillonita y vermiculita, sin problema por debajo de -2,50 m en España), aplastamiento, rotación (interna o externa) y movimiento del terreno.

Fisuras y grietas son los síntomas primarios. La fisura es superficial, de menos de 1 mm, y es un problema estético; la grieta interrumpe la transmisión de esfuerzos, reduce la sección y al final anula la capacidad portante. Se originan donde las tracciones son máximas y su trazado es perpendicular a las tracciones y paralelo a las compresiones: en marcos rígidos salen a unos 45º, en fábricas con mortero siguen las juntas en escalera y en los huecos arrancan de las esquinas. Por su causa son mecánicas, físicas o químicas (eflorescencias, corrosión, carbonatación que baja el pH de 12-13 a 8-9, aluminosis). Por su evolución hay grietas vivas (bordes limpios, color vivo) y muertas (bordes oscurecidos por el polvo), y para controlarlas se ponen testigos de yeso o dos vidrios con retícula a cada lado. Cuanto más horizontal es una grieta en un muro de carga, más peligrosa.

Los síntomas secundarios completan el diagnóstico. Deformaciones: los desplomes aparecen en elementos sustentantes demasiado cargados, cuando cargas excéntricas (empuje de tierras, cubiertas, forjados, bóvedas) hacen que algo pensado para la compresión sufra flexión compuesta y pierda la verticalidad; los bombeos nacen sobre todo de una sección insuficiente y dan una curvatura o un ensanchamiento en la parte central; y el pandeo afecta a las piezas esbeltas comprimidas (en pilares, grietas horizontales en una cara y a veces salta antes el recubrimiento). Desagregaciones: la disgregación de morteros y el descascarillado indican envejecimiento y pérdida de sección; el mortero de las llagas se deshace en polvo al pasar los dedos y el ladrillo o el hormigón saltan en escamas. Otros síntomas: empujes, separación de macizos, descuadre de huecos (puertas y ventanas que rozan o se encajan) y el sonido a percusión, claro y metálico en una fábrica sana y mate en una defectuosa.

Claves para el examen

• Elementos del edificio: estructurales (portantes), complementarios (confort y uso) y auxiliares (andamios, cimbras, encofrados, apeos).
• Fuerza: vectorial, F = m · a, en newtons (N); momento = fuerza × brazo, en N·m (positivo si gira en sentido horario).
• Equilibrio: ΣF = 0 y ΣM = 0; estable si la vertical del centro de gravedad corta la base de apoyo.
• Hooke: σ = E · ε. E del acero ≈ 210.000 N/mm²; bajo igual carga el hormigón se deforma hasta 10 veces más que el acero.
• Acciones (CTE DB SE AE): permanentes (peso propio, pretensado, terreno), variables (uso, barandillas, viento, térmicas, nieve) y accidentales (sismo, incendio, impacto).
• Viento 0,5 kN/m²; nieve 1,0 kN/m² bajo 1.000 m; juntas de dilatación cada 40 m como máximo; sismo peligroso > 0,04 g.
• Esfuerzos simples: compresión (pilar, puntal), tracción (tirante), cortante (encuentro viga-pilar). Compuestos: flexión, pandeo y torsión.
• Viga biapoyada a flexión: tracción abajo y compresión arriba; en voladizo, al revés. Tensión de trabajo: 70-80 % del límite elástico.
• Nudos: apoyo 1 coacción/2 GL; articulación 2/1; empotramiento 3/0. GL < C hiperestática, GL = C isostática, GL > C mecanismo.
• Adintelado: forjados → muros de carga (isostático). Entramado: pilares a compresión y vigas a flexión (hiperestático). Arcos: impostas, punto más débil.
• Causas de lesiones: internas (proyecto, ejecución, materiales, reformas, vejez, uso) y externas (antrópicas y naturales).
• Fisura < 1 mm y superficial; grieta: corta la transmisión de esfuerzos. Nace donde la tracción es máxima y va perpendicular a ella.
• Grieta viva: bordes limpios y color vivo; muerta: bordes oscurecidos. Control con testigos de yeso o vidrios con retícula.
• Desplome: elemento sobrecargado que pasa a flexión compuesta; bombeo: sección insuficiente; disgregación: mortero en polvo, piezas en escamas.

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