Si hay un elemento en la construcción a la que le tenemos más miedo, es a las estructuras. Cualquier albañil, vecino manitas o incluso tu cuñado son capaces de levantarte un tabique, cambiarte la instalación eléctrica o incluso de cambiarte el tejado sin ningún tipo de proyecto ni de asesoramiento técnico. Pero cuando hace falta construir una estructura nos entra el miedo y es cuando pensamos que quizás nos haga falta un arquitecto.
¿Qué son las estructuras?
La estructura es como el esqueleto de un animal, es la parte elemental sin la cual el resto del edificio se cae. En la construcción, todos los elementos son en mayor o menor medida estructura, puesto que al menos se sujetan a si mismos y a otros elementos cercanos. La arquitectura tradicional no diferenciaba estructura de cerramiento. Pensemos en una pirámide o en una catedral románica, todas las piedras de la envolvente son importantes y, aunque podríamos quitar algunas, no podemos diferenciar cuáles podemos quitar sin problemas y cuáles no. Todas cooperan en la estabilidad del conjunto.
Aunque el concepto de estructura ya se conoce desde la antigüedad, es a partir del siglo XIX, con la aparición de nuevos materiales como el acero y posteriormente del hormigón, cuando se extiende la diferenciación entre la estructura y la envolvente. A día de hoy, casi todas las edificaciones tienen una estructura diferenciada, ya sea de hormigón, de acero o de madera. Incluso aunque la estructura sea de muros de carga (ladrillo, bloques de hormigón, etc.) se diferencia claramente qué muros son estructura (los llamados de carga) y qué muros son cerramiento o tabiquería.
¿Qué tipos de estructuras existen hoy en día?
En la actualidad, existen infinidad de tipos de estructuras diferentes, aunque impera claramente el hormigón armado. Veamos cuales son los sistemas de estructuras más habituales en España, tanto en obra nueva como en rehabilitación:
1. El hormigón armado
Es el rey indiscutible de las estructuras en nuestro país y en gran parte del mundo. Se usa tanto para obra nueva como para rehabilitación. Cabe señalar que el hormigón armado se compone de dos materiales básicos: una masa continua de hormigón y un refuerzo interior de barras o mallas de acero. Existen varios sistemas diferentes de estructuras de hormigón armado, desde el sistema tradicional adintelado formado por pilares, vigas y forjados hasta los muros continuos de hormigón o las losas. Todos estos sistemas se pueden combinar, es decir puede haber estructuras que tengan pilares por un lado y muros de hormigón por el otro. Puede haber zonas con vigas y forjados y puede haber zonas que tengan una losa continua.
El hormigón armado está presente en casi la totalidad de las obras al menos en un elemento: la cimentación. La cimentación es como la raíz de una planta. Todas las estructuras necesitan una cimentación, que será mayor o menor en función de la resistencia del terreno y del peso de la estructura que sujete. La cimentación es un elemento tan complejo o más que la propia estructura, y normalmente necesita de un estudio geotécnico del terreno para poder ser calculada convenientemente.
2. El acero
El acero es un material imprescindible en las estructuras, pues recordemos que la armadura del hormigón armado se compone de él. A nivel individual, las estructuras de acero se asocian a la industria, por ejemplo a las naves industriales, las torres de telecomunicaciones, etc. El acero es un material ideal para soportar grandes luces, mediante la utilización de cerchas o vigas de gran canto, por eso es muy habitual su uso en grandes espacios diáfanos. También es el material más habitual de edificios de gran altura, como torres o rascacielos, pues, en general, tiene una mayor resistencia que el hormigón.
En edificación convencional se usa menos debido, por un lado, a su precio, y por el otro a la falta de tradición y de mano de obra cualificada para su uso. La ventaja que posee es su mayor grado de prefabricación, que permite obras más rápidas y más limpias. Es un material muy recomendable en rehabilitación, gracias a que las obras en seco producen menos daños en la edificación original y son más reversibles.
Las estructuras de acero se pueden combinar perfectamente con las de hormigón armado. El caso más habitual es el llamado forjado colaborante o forjado de chapa colaborante, que consiste en un forjado compuesto por una chapa grecada sobre la que se apoya una losa de hormigón, las cuales trabajan solidariamente. Este es el forjado más habitual de las estructuras de acero, pero también se pueden combinar los pilares de acero con losas de hormigón, con forjados unidireccionales de vigas planas, etc.
3. La madera
La madera es el material primigenio para la formación de estructuras, y ya se usaba desde la prehistoria. Todas las grandes civilizaciones han usado la madera para las estructuras, especialmente para la formación de tejados y forjados intermedios, es decir, para las estructuras horizontales. Esto es debido a su gran resistencia a flexión, que otros materiales como la piedra y el ladrillo no tienen.
La madera se ha usado para la formación de estructuras en nuestro país hasta bien entrado el siglo XX, cuando se ha empezado a expandir la obsesión por el hormigón armado. En los últimos años del siglo XX la madera en las estructuras era una rareza, propia de otra época, que no estaba ni contemplada por la reglamentación del cálculo de estructuras. Con la entrada del siglo XXI, gracias a la difusión de la ecología, la eficiencia energética y la sostenibilidad la madera se ha vuelto a poner de moda en Europa y tímidamente también en nuestro país.
Hoy en día, se pueden hacer todo tipo de estructuras de madera, desde pilares y vigas de gran resistencia, gracias a la madera laminada, hasta forjados y muros de carga, gracias al CLT. La madera es un material ideal para la rehabilitación, especialmente de las estructuras que originalmente ya eran de madera. Es un material reversible y ecológico que produce una huella nula de carbono y está disponible en casi todas las partes del mundo.
4. Los muros de fábrica
Se entiende por muros de fábrica a aquellos muros compuestos por elementos trabados, normalmente con mortero, como pueden ser los muros de ladrillo, de bloques de hormigón, de piedra, de cerámica aligerada, etc.
Los muros de fábrica son los elementos tradicionales de la arquitectura popular para las estructuras verticales. En cada región se hacen con los materiales disponibles en la zona. Por ejemplo, en el noroeste peninsular son habituales los muros de piedra (normalmente de granito), mientras que en levante son más habituales los muros de materiales cerámicos como el ladrillo. En zonas interiores se combinan armazones de madera con rellenos de piedra. Las fábricas populares habitualmente se encalaban, puesto que se hacían con piezas poco homogéneas.
Hoy en día todavía se hacen muros de fábrica estructurales, sobre todo para la construcción de elementos de poca importancia como cobertizos, muros de cerramiento de fincas, naves, etc. A modo experimental también se hacen viviendas u otras construcciones de bloques de cerámica aligerada o de ladrillo, aunque lo habitual es que estos sean solo un cerramiento.
¿Cuál es la mejor estructura?
No existe un sistema estructural óptimo. Dependiendo del tipo de edificación, la estructura más adecuada será una u otra. El agente más cualificado para elegir el tipo de estructura será el proyectista de la obra. Para su elección dependen varios factores, como las cargas que va a soportar el edificio, el tamaño de las luces (distancia entre pilares), la altura del edificio, el tipo de terreno, etc. Muchas veces, el constructor nos querrá condicionar a hacer un tipo de estructura concreto, adecuado a los medios materiales y humanos que posee. Siempre es bueno escuchar sus motivaciones, por si nos podemos ahorrar algún coste, pero también hay que tener en cuenta otros motivos técnicos, basados en el cálculo y en el diseño concreto de cada estructura.
Por regla general, las estructuras más habituales para edificios de tamaño intermedio (viviendas, edificios de viviendas, colegios, hospitales, etc.) son de hormigón. El sistema más habitual es el de pilares y vigas de hormigón. Hoy en día son más habituales las vigas planas porque, aunque necesiten más cantidad de hormigón y de acero, son más fáciles de construir y originan espacios más versátiles. Los forjados más habituales son los unidireccionales de viguetas y bovedillas. Este sistema es el estándar y por tanto, a priori, el más barato para edificios de tamaño intermedio.
Para edificios con grandes luces (naves, piscinas, teatros, estadios, gimnasios) no se puede usar un sistema estándar. En estos casos lo más adecuado y económico suele ser un sistema de pórticos de acero o de madera laminada. La elección de uno u otro dependerá del diseño de cada espacio.
Para la rehabilitación de edificios tradicionales, que normalmente están formados por muros de carga y forjados de madera, lo mejor será sustituir los materiales en mal estado por un material de las mismas características. Habitualmente los muros de carga suelen estar en buen estado o llega con un pequeño refuerzo. Sin embargo, las estructuras de madera suelen sufrir la peor parte y es conveniente sustituirlas por estructuras nuevas de madera aserrada o laminada. Como alternativa, se pueden sustituir también por estructuras metálicas. Lo menos conveniente suele ser la realización de estructuras de hormigón, pues estas pesan mucho y tienen un reparto de cargas distinto al de las estructuras de madera, por lo que pueden hacer surgir patologías de carácter irreversible sobre el muro original.
Finalmente, para construcciones muy pequeñas, como garajes, pequeños cobertizos, casetas para el perro, casetas para aperos, etc. podemos usar estructuras de fábrica típicas de la zona, como la mampostería, el perpiaño, el ladrillo o el bloque de hormigón. Como material de cubrición siempre podremos usar una estructura ligera sobre correas de madera, acero o incluso hormigón prefabricado. Pero no debemos olvidar que las estructuras de bloque también han de llevar su debida cimentación, y que esta ha de ser acorde con el tipo de terreno.
¿Cómo se calculan las estructuras?
El cálculo de estructuras es uno de los motivos, muchas veces el único, por desgracia, por el que se llama a un arquitecto para realizar una obra, sobre todo las pequeñas. El diseño lo pone el cliente, la construcción la pone el albañil, pero ¿quién calcula la estructura? ¿Quién se responsabiliza de que con esa estructura el edificio no se va a caer?
El cálculo estructural conlleva un desarrollo matemático muy elaborado. No es solo fruto de la experiencia. Las estructuras no se diseñan a ojo, sino que se calculan. El Código Técnico de la Edificación (CTE) y la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) regulan los cálculos que hay que llevar a cabo en las estructuras de acero, madera y fábrica (CTE) y de hormigón (EHE). Estos cálculos se pueden realizar a mano, con hojas de cálculo especializadas o mediante programas informáticos.
En general, cada técnico está capacitado para calcular el tipo de estructuras habituales de su campo. Para las estructuras de edificación convencionales, el técnico más cualificado para calcularlas es un arquitecto. Para calcular un puente, el técnico más cualificado será un ingeniero de caminos, mientras que para calcular la estructura de una nave, tal vez el técnico más cualificado sea un ingeniero industrial. Pero en todos los campos, y más en este caso, siempre hay especializaciones. Existen arquitectos, arquitectos técnicos e ingenieros especializados en el diseño y en cálculo de estructuras. Existen arquitectos que no calculan nunca sus estructuras y otros que recurren a especialistas en el caso de que exista cierta complejidad. No por ello son peores profesionales, sino que prefieren ofrecer una garantía extra aún a costa de compartir sus honorarios. Lo mismo pasa con otros campos fuertemente especializados como los de las instalaciones, la decoración, la eficiencia energética, etc.
Conclusión
Si algo caracteriza a los arquitectos en España, son sus conocimientos especializados en campos técnicos y especialmente en el de las estructuras. En el resto de Europa y en gran parte de América existe la figura del Ingeniero Civil, que se dedica a desarrollar técnicamente el diseño del arquitecto. En España el arquitecto tiene que desarrollar el proyecto al completo, desde la estructura hasta las instalaciones, y solo tiene la ayuda del arquitecto técnico durante la fase de la obra. Es verdad que puede firmarse cada parte del proyecto conjuntamente con otros técnicos, pero en la práctica esto nunca se hace y el proyectista se responsabiliza habitualmente de toda la construcción. Por este motivo, hay que aprovechar y confiar en los arquitectos a la hora de diseñar la estructura de nuestra edificación, ya sea desde un pequeño cobertizo hasta un colegio o un hospital.
La pregunta habitual que nos hacen a los técnicos es ¿qué viga debo poner para que la estructura aguante? La cuestión no es solo que el edificio no se caiga (los edificios no se suelen caer, incluso aunque estén mal calculados), sino si, debido a una flecha (la distancia que se mueve una viga cuando está cargada) excesiva se pueden producir grietas en tabiques, desniveles en el pavimento o simplemente una sensación visual (y real) de que la estructura no es estable. También es importante que una estructura esté bien calculada para que aguante al fuego, a la humedad, a la corrosión o al ataque de insectos xilófagos. E incluso, una estructura puede estar bien calculada, pero mal diseñada, bien porque esté sobredimensionada o bien porque su disposición empeore el diseño del edificio. En definitiva, debemos dejar el diseño y el cálculo de las estructuras en manos de un profesional cualificado.
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