Andamiaje
Los andamios permiten a los
obreros desplazarse por un edificio en construcción. Aquí vemos a unos
trabajadores en un andamio subiendo un panel para los pisos altos de un
rascacielos.
Construcción, conjunto de procedimientos
llevados a cabo para levantar diversos tipos de estructuras. Las principales
tendencias actuales en la construcción se alejan del trabajo manual a pie de
obra y se orientan hacia el montaje en el lugar de la obra de componentes
mayores y más integrados, fabricados en origen. Otra característica de la
construcción moderna relacionada con las mencionadas tendencias es la mayor
coordinación de las dimensiones, lo que significa que las edificaciones se diseñan,
y los componentes se fabrican en una variedad de módulos estándar, lo que
reduce mucho las operaciones de corte y ajuste a pie de obra. Otra tendencia es
la construcción o rediseño de grandes complejos y estructuras como los centros
comerciales, ciudades dormitorio, campus universitarios y ciudades enteras o
sectores de las mismas.
2
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CARGAS DE UN
EDIFICIO
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Las cargas que soporta un edificio se
clasifican en muertas y vivas. Las cargas muertas incluyen el peso del mismo edificio
y de los elementos mayores del equipamiento fijo. Siempre ejercen una fuerza
descendente de manera constante y acumulativa desde la parte más alta del
edificio hasta su base. Las cargas vivas comprenden la fuerza del viento, las
originadas por movimientos sísmicos, las vibraciones producidas por la
maquinaria, mobiliario, materiales y mercancías almacenadas y por máquinas y
ocupantes, así como las fuerzas motivadas por cambios de temperatura. Estas
cargas son temporales y pueden provocar vibraciones, sobrecarga y fatiga de los
materiales. En general, los edificios deben estar diseñados para soportar toda
posible carga viva o muerta y evitar su hundimiento o derrumbe, además de
prevenir cualquier distorsión permanente, exceso de movilidad o roturas.
3
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PRINCIPALES
ELEMENTOS DE UN EDIFICIO
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Obreros y estructura de vigas
Estos obreros de la construcción
trabajan en una complicada red de vigas, cuerdas y escaleras que al final será
un edificio. Los cascos, guantes y calzado resistente les protegen de las
posibles lesiones mientras construyen la robusta estructura.
Los principales elementos de un edificio son
los siguientes: 1) los cimientos, que soportan y dan estabilidad al edificio;
2) la estructura, que resiste las cargas y las trasmite a los cimientos; 3) los
muros exteriores que pueden o no ser parte de la estructura principal de
soporte; 4) las separaciones interiores, que también pueden o no pertenecer a
la estructura básica; 5) los sistemas de control ambiental, como iluminación,
sistemas de reducción acústica, calefacción, ventilación y aire acondicionado;
6) los sistemas de transporte vertical, como ascensores o elevadores, escaleras
mecánicas y escaleras convencionales; 7) los sistemas de comunicación como
pueden ser intercomunicadores, megafonía y televisión por circuito cerrado, o
los más usados sistemas de televisión por cable, y 8) los sistemas de
suministro de electricidad, agua y eliminación de residuos.
3.1
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Cimientos
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El diseño de la estructura de un
edificio depende en gran medida de la naturaleza del suelo y las condiciones
geológicas del subsuelo, así como de las transformaciones realizadas por el
hombre en esos dos factores.
3.1.1
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Condiciones del
suelo
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Si se pretende construir un edificio en
una zona con tradición sísmica, se deberá investigar el tipo de suelo a una
profundidad considerable. Es evidente que deberán evitarse las fallas en la
corteza terrestre bajo la superficie. Ciertos suelos pueden llegar a licuarse
al sufrir terremotos y transformarse en arenas movedizas. En estos casos debe
evitarse construir o en todo caso los cimientos deben tener una profundidad
suficiente para alcanzar zonas de materiales sólidos bajo el suelo inestable.
Se han encontrado suelos arcillosos que se llegan a expandir hasta 23 cm o
más al someterlos a largos periodos de humedecimiento o secado, con lo que se
producen potentes fuerzas que pueden cizallar o fragmentar los cimientos y
elevar edificios poco pesados. Los suelos con alto contenido orgánico llegan a
comprimirse con el paso del tiempo bajo el peso del edificio, disminuyendo su
volumen inicial y provocando el hundimiento de la estructura. Otros tienden a
deslizarse bajo el peso de las construcciones.
Los terrenos modificados de alguna forma
suelen tener un comportamiento diferente, en especial cuando se ha añadido o se
ha mezclado otro tipo de suelo con el original, así como en aquellos casos en que
el suelo se ha humedecido o secado más de lo normal, o cuando se les ha añadido
cemento u otros productos químicos como la cal. A veces el tipo de suelo sobre
el que se proyecta construir varía tanto a lo largo de toda la superficie
prevista que no resulta viable desde el punto de vista económico o no es
posible edificar con seguridad.
Por tanto, los análisis geológicos y
del suelo son necesarios para saber si una edificación proyectada se puede
mantener adecuadamente y para hallar los métodos más eficaces y económicos.
Si hay una capa rocosa firme a
corta distancia bajo la superficie de la obra, la resistencia de la roca
permitirá que la extensión sobre la que descanse el peso de la construcción no
tenga que ser demasiado grande. A medida que se van encontrando rocas y suelos
más débiles, la extensión sobre la que se distribuirá el peso deberá ser mayor.
3.1.2
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Tipos de cimientos
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Figura 1: cimientos de edificios
Los cimientos, que proporcionan
apoyo y estabilidad a los edificios, son los primeros componentes estructurales
instalados en casi todas las obras. Los cimientos de zapata (A) son un sistema
económico empleado en obras construidas en terreno estable. En la cimentación
sobre pilotes (B) se distribuye el peso a lo largo de su longitud, a diferencia
de los pilares o pozos (C), que transmiten la carga del edificio al lecho de
roca estable sobre el que descansan. Los cimientos de losa continua (D) son
placas de hormigón reforzadas, y se utilizan cuando las cargas son
relativamente grandes y el terreno es inestable; estos cimientos hacen que el
edificio ‘flote’ sobre el suelo como una sola unidad.
Los tipos de sistemas de cimentación
más comunes se clasifican en profundos y superficiales. Los sistemas
superficiales se encuentran a poca distancia bajo la base del edificio, como
las losas continuas y las zapatas. Los cimientos profundos se extienden a
varios metros bajo el edificio, como los pilotes y los pozos de cimentación
(figura 1). La elección de los cimientos para un edificio determinado
dependerá de la fortaleza de la roca y el suelo, la magnitud de las cargas
estructurales y la profundidad del nivel de las aguas subterráneas.
Los cimientos más económicos son las
zapatas de hormigón armado, empleados para edificios en zonas cuya superficie
no presenta dificultades especiales. Estos cimientos consisten en planchas de
hormigón situadas bajo cada pilar de la estructura y una plancha continua
(zapata continua) bajo los muros de carga.
Los cimientos de losa continua se
suelen emplear en casos en los que las cargas del edificio son tan grandes y el
suelo tan poco resistente que las zapatas por sí solas cubrirían más de la
mitad de la zona de construcción. Consisten en una losa de hormigón armado, que
soporta el peso procedente de los soportes. La carga que descansa sobre cada
zona de la losa no es excesiva y se distribuye por toda la superficie. En las
cimentaciones bajo edificios de gran envergadura, las cargas se pueden repartir
por medio de nervaduras o muros cruzados, que rigidizan la losa.
Los pilotes se emplean sobre todo en
zonas en las que las condiciones del suelo próximo a la superficie no son
buenas. Están fabricados con madera, hormigón o acero y se colocan agrupados en
pilares. Los pilotes se introducen a determinada profundidad dentro de la roca
o suelo y cada pilar se cubre con una capa de hormigón armado. Un pilote puede
soportar su carga tanto en su base como en cualquier parte de su estructura por
el rozamiento superficial. La cantidad de pilotes que debe incluirse en cada
pilar dependerá de la carga de la estructura y la capacidad de soporte de cada
pilote de la columna. Los pilotes de madera o vigas son troncos de árboles, con
lo que su longitud resulta limitada. En cambio, un pilote de hormigón puede
tener una altura aceptable y se puede introducir por debajo del nivel freático.
En edificios muy pesados o muy altos se emplean pilotes de acero, llamados por
su forma pilotes en H, que se introducen en la roca, a menudo hasta 30 m
de profundidad. Con estos pilotes se alcanza más fácilmente una mayor
profundidad que con los pilotes de hormigón o madera. Aunque los pilotes de
acero son mucho más caros, su coste está justificado en los grandes edificios,
que suelen representar una importante inversión financiera.
Los cimientos de zapatas rígidas se
emplean cuando hay un suelo adecuado para soportar grandes cargas, bajo capas
superficiales de materiales débiles como turba o tierra de relleno. Un cimiento
de zapatas rígidas consiste en unos pilares de hormigón construidos en forma de
cilindros que se excavan en los lugares sobre los que se asentarán las vigas de
la estructura. Estos cimientos soportan las cargas del edificio en su extremo
inferior, que suele tener forma de campana.
3.1.3
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Nivel freático
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La construcción de los cimientos puede
complicarse debido a la existencia de agua subterránea por encima del nivel
previsto para los cimientos. En estos casos, los laterales de la excavación pueden
no estar seguros y derrumbarse. La operación de bajar el nivel del agua por
bombeo requiere la instalación previa de planchas entrelazadas en los lados de
la excavación para evitar derrumbamientos. Cuando la cantidad de agua en una
excavación es excesiva, los métodos de bombeo ordinarios, que extraen a la
superficie tierra suelta mezclada con agua, pueden minar los cimientos de
edificios vecinos. Para evitar los daños que puede causar el drenaje al remover
el suelo, se emplean sistemas de puntos de drenaje y desagüe. Los puntos de
drenaje consisten en pequeñas picas o tuberías con un filtro en uno de sus
extremos, y se introducen en el suelo de modo que el filtro, que impide que la
tierra entre junto con el agua, quede bajo el nivel del agua. Esta pequeña
tubería está conectada a una tubería múltiple que se comunica por un tubo
flexible a una bomba de agua. Así se extrae el agua bajo la excavación sin
peligro para los edificios próximos. El sistema de desagüe puede incluso
ahorrar la instalación de planchas en los lados de la excavación, siempre que
no se prevea que el suelo pueda deslizarse sobre la obra debido a su
composición o a las vibraciones de maquinaria o tráfico pesado en las
cercanías.
3.2
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Estructura
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Los elementos básicos de una estructura
ordinaria son suelos y cubierta (incluidos los elementos de apoyo horizontal),
pilares y muros (soportes verticales) y el arriostramiento (elementos
diagonales) o conexiones rígidas para dar estabilidad a la estructura.
3.2.1
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Edificios de una o
dos plantas
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Figura 2: armazones de construcción
El diseño estructural, el armazón
y el techado se eligen según el material empleado y el tamaño del edificio. El
armazón constituye el apoyo de la estructura terminada, y puede influir mucho
en su forma global. Los edificios mayores y más altos suelen requerir sistemas
de apoyo más complicados, y ofrecen menos flexibilidad para elegir el techado:
el motivo fundamental es que las estructuras tienen que soportar cargas a lo
largo de distancias mayores que en edificios más pequeños o de menor altura.
En el caso de edificios bajos es
posible una mayor variedad de formas y estilos que en los edificios grandes.
Además del sistema de pórticos —también utilizado en grandes edificios—, las
pequeñas edificaciones pueden tener cubiertas a dos aguas, bóvedas y cúpulas.
Una estructura de un solo piso puede consistir en una solera de hormigón
directamente sobre el suelo, muros exteriores de albañilería soportados por una
losa (o por zapatas continuas, alrededor del perímetro del edificio) y una
cubierta. En edificios bajos, el uso de pilares interiores entre los muros de
carga es un método muy común. También pueden emplearse pilares espaciados,
apoyados en losas o zapatas, pero en este caso los muros exteriores se soportan
por los pilares o están colocados entre éstos. Si la luz de cubierta del tejado
es corta, se utilizan entarimados de apoyo, hechos de madera, acero u hormigón
para formar la estructura del techo.
Cada material de la estructura
tiene su propia relación peso-resistencia, costo y durabilidad. Como regla
general, cuanto mayor sea la luz de cubierta o techo, más complicada será la
estructura que lo soporte y habrá menos posibilidades para escoger los
materiales apropiados. Dependiendo de la longitud de la luz, la cubierta podrá
tener una estructura de vigas unidireccionales (figura 2a) o una
estructura de vigas bidireccionales, apoyadas en vigas maestras de mayor tamaño
que abarquen toda la extensión de la luz (figura 2b). Los apuntaladores
son sustituibles por cualquiera de esos métodos y pueden tener una profundidad
de menos de 30 cm o más de 9 m, y se forman entrelazando los
elementos de tensión y compresión en forma de triángulos. Suelen ser de madera
o acero, aunque también se pueden hacer de hormigón armado. La estructura de un
edificio de una sola planta también puede consistir en un armazón de techo y
muros en combinación, afirmados entre ellos o hechos de una sola pieza. Las
formas posibles de la estructura son casi infinitas, incluida la variedad de
tres lados de un rectángulo afirmados en un conjunto llamado armadura
(figura 2c), la de forma de iglesia de lados verticales y techo inclinado
(figura 2d), la de parábola (figura 2e) y la de semicírculo o cúpula.
La estructura básica y los muros
exteriores, suelos y techo pueden estar hechos como un todo unido, muy parecido
a una tubería rectangular con los extremos abiertos o cerrados. Estas formas
pueden moldearse en plástico.
3.2.2
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Edificios de varias
plantas
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Figura 3: estructuras de edificios
Las estructuras para edificios de
varios pisos pueden construirse de muchas maneras, de las que aquí se muestran
tres. La estructura de entramado (3a) es una red de columnas, vigas y largueros
unidos para proporcionar fuerza y estabilidad. En la estructura suspendida
(3b), todos los pisos menos la planta baja están colgados de un núcleo central.
Cada piso está unido directamente al núcleo y colgado mediante cables de la
estructura del techo situada sobre él. La estructura estática (3c) está
compuesta por pilares y vigas (pies derechos y jácenas).
La forma más frecuente de construcción
de edificaciones es el entramado reticular metálico. Se trata en esencia de los
elementos verticales que aparecen en las figuras 3a, 3b y 3c, combinados
con una estructura horizontal. En los edificios altos ya no se emplean muros de
carga con elementos horizontales de la estructura, sino que se utilizan
generalmente muros-cortina, es decir, fachadas ligeras no portantes.
La estructura metálica más común consiste en
múltiples elementos de construcción, como se recoge en la figura 3c. Para
estructuras de más de 40 plantas se emplean diversas formas de hormigón armado,
acero o mezcla de estos dos. Los elementos básicos de la estructura metálica
son los pilares verticales o pies derechos, las vigas horizontales que abarcan
la luz en su mayor distancia entre los pilares y las viguetas que cubren la luz
de distancias más cortas. La estructura se refuerza para evitar distorsiones y
posibles derrumbes debidos a pesos desiguales o fuerzas vibratorias. La
estabilidad lateral se consigue conectando entre sí los pilares, vigas y
viguetas maestras, por el soporte que proporcionan a la estructura los suelos y
los muros interiores, y por las conexiones rígidas en diagonal entre pilares y
entre vigas (figura 3a). El hormigón armado puede emplearse de un modo
similar, pero en este caso se deben utilizar muros de hormigón en lugar de
riostras, para dar una mayor estabilidad lateral.
Entre las nuevas técnicas de
construcción de edificios de cierta altura se encuentran la inserción de
paneles prefabricados dentro del entramado metálico, las estructuras
suspendidas o colgantes y las estructuras estáticas compuestas.
En la técnica de inserción se
construye una estructura metálica con un núcleo central que incluye escaleras
de incendios, ascensores, fontanería, tuberías y cableado eléctrico. En los
huecos entre las estructuras horizontales y verticales se insertan paneles
prefabricados en forma de cajón. Éstos permitirán efectuar transformaciones
posteriores en el edificio.
En la técnica colgante
(figura 3b), se construye un núcleo central vertical, y en su parte
superior se fija una fuerte estructura horizontal de cubierta. Todos los pisos
a excepción de la planta baja quedan sujetos al núcleo y a los elementos de
tensión que cuelgan de la estructura de la cubierta. Una vez terminado el núcleo
central, las plantas se van construyendo de arriba a abajo.
En la técnica de apilamiento o
estructura estática compuesta (figura 3c) se colocan paneles prefabricados
en forma de cajón con la ayuda de grúas especiales, unos sobre otros, y
posteriormente se fijan entre ellos.
En edificios de más de 40 plantas
el acero se considera el material más adecuado. Sin embargo, los últimos
avances en el desarrollo de nuevos tipos de hormigón compiten con el acero. Los
edificios de gran altura a menudo requieren soluciones estructurales más
elaboradas para resistir la fuerza del viento y, en ciertos países, la fuerza
de terremotos. Uno de los sistemas de estructura más habituales es el tubo
exterior estructural, empleado en la construcción del World Trade Center (411 m)
en Nueva York. En él, con pilares separados y conectados firmemente a vigas de
carrera horizontales sobre el perímetro del edificio, se conseguía la fuerza
suficiente para soportar las cargas y la rigidez necesaria para reducir las
desviaciones laterales. En este caso, para el tubo estructural se empleó una
mezcla de hormigón y materiales de construcción compuestos, hechos de elementos
estructurales de acero encofrados con hormigón armado.
En los edificios de gran altura se
suele utilizar una combinación de acero y hormigón armado. La elevada relación
resistencia-peso del acero es excelente para los elementos de luz horizontal.
Los hormigones de alta dureza pueden aportar de un modo económico la
resistencia a la fuerza de compresión necesaria en los elementos verticales.
Además, las propiedades de la masa interna y la humedad del hormigón ayudan a
reducir los efectos de las vibraciones, uno de los problemas más usuales en los
edificios de gran altura.
3.3
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Muros exteriores
(fachadas) y cubiertas
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Los muros de cortina o fachadas
ligeras son el tipo más frecuente de muros no portantes, y se pueden montar a
pie de obra o en origen. Son elementos cuya superficie o piel exterior se ha
tratado con material de aislamiento, barreras de vapor o aislamientos
acústicos, y una superficie interior que puede formar parte de los muros de
cortina o unirse a ellos. La capa exterior puede estar hecha de metales (acero
inoxidable, aluminio, bronce), albañilería (hormigón, ladrillo, baldosa) o
vidrio. Para las fachadas también se utiliza piedra caliza, mármol, granito y
paneles de hormigón prefabricados.
El método tradicional de construcción de las
cubiertas es colocar rollos de tela asfáltica laminada cubiertos de grava,
sobre los elementos de hormigón o acero de la estructura. También se utilizan
materiales sintéticos en lugar de rollos de tela asfáltica. Hay algunos en
forma de hierba y alfombras hechas de plástico que se pueden instalar en zonas
recreativas del tejado a bajo coste.
3.4
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Separaciones
interiores
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Los métodos tradicionales de división
interna de los edificios han consistido en muros de albañilería de 10 a
15 cm de espesor de hormigón, yeso o piedra pómez, pintados o encalados;
también se han utilizado estructuras de madera o metal cubiertas con listones
de madera enyesados. El uso de cartón yeso y madera laminada está muy
extendido.
Para conseguir mayor flexibilidad
dentro de los edificios se emplean sistemas intercambiables y desmontables cuya
única restricción es el espacio que queda entre los pilares. Estas separaciones
pueden estar hechas de materiales metálicos, paneles prefabricados de cartón
yeso, sistemas de cortinas plegables a modo de acordeón, o en caso de problemas
de ruidos, cortinas plegables en sentido horizontal o vertical. Los materiales
ligeros suelen tener el inconveniente de no aislar los ruidos y no proteger
adecuadamente la intimidad. No obstante las nuevas tendencias incluyen la
instalación de separaciones ligeras pero utilizando cada vez más materiales que
reduzcan y limiten el ruido. En muchos edificios los únicos muros de
albañilería son los muros contra incendios, entre los que se incluyen los
huecos de ascensores, escaleras y pasillos principales.
3.5
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Control ambiental
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En muchos países se han
desarrollado importantes avances en sistemas de control de calefacción,
refrigeración, ventilación, iluminación y de sonidos. En la mayoría de los
grandes edificios se ha estandarizado el aire acondicionado para todo el año.
Algunas zonas de los edificios se refrigeran incluso en invierno, dependiendo
de la distancia entre los muros exteriores y del calor que pueden generar la
iluminación, los equipos eléctricos o la actividad humana dentro del edificio.
Al mejorar el nivel y la calidad de la iluminación, el coste de los sistemas
mecánicos y eléctricos en los edificios grandes ha crecido en mayor medida que
en las casas familiares. Estos costes pueden llegar a suponer un tercio o un
cuarto del coste total de la construcción.
3.6
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Sistemas eléctricos
y de comunicación
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La extensión del uso de
electricidad, teléfono, equipos de transmisión por fax, circuitos cerrados de
televisión, intercomunicaciones, alarmas y sistemas de seguridad, ha supuesto
un aumento en la cantidad de cableado que se instala en los edificios. Los
cables principales se tienden verticalmente en conductos abiertos que se
ramifican por cada planta a través de los techos de las mismas o debajo de las baldosas.
La electricidad que necesitan los
edificios ha aumentado a causa de los numerosos y complejos equipos que se
instalan. Para evitar las consecuencias de fallos en el suministro se suelen
instalar equipos generadores de emergencia en muchos edificios, que en algunos
casos, como en zonas alejadas, disponen de sus propios sistemas para generar
energía. Cuando se utilizan generadores diesel o de turbina de gas, el calor
que producen las máquinas puede aprovecharse para otros usos del edificio.
3.7
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Transporte vertical
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Los ascensores por cable, de control
automático y alta velocidad, son el tipo de transporte vertical más utilizado
en edificaciones de altura. Los edificios bajos y las plantas inferiores de los
edificios comerciales suelen tener escaleras mecánicas. En caso de incendio
debería contarse al menos con dos vías de salida de la zona principal del
edificio. Por ello, además de los ascensores y las escaleras mecánicas, todos
los edificios, incluso los más altos, deben disponer de dos escaleras
protegidas a lo largo de todo el edificio.
3.8
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Suministro de agua
y eliminación de residuos
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Los edificios deben contar con un
sistema de tuberías de suministro de agua para beber, lavado, cocinado,
instalaciones sanitarias, sistemas internos de extinción de incendios (ya sea
con tuberías y mangueras fijas o por aspersores automáticos), sistemas de aire
acondicionado y calderas.
La eliminación de los desperdicios
secos y húmedos en los edificios se lleva a cabo por medio de una gran variedad
de sistemas. Un método muy usual es verter los desperdicios líquidos a tuberías
conectadas a la red de alcantarillado.
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