Tema 3.: Sistemas Constructivos Existentes En El Edificio

     

                   

 

Tema 3.  

Sistemas constructivos existentes en el Edificio   

          3.1.  CIMENTACIONES,  3.2.  ENTRAMADOS  DE  MADERA.  3.3.  MUROS  DE  FÁBRICA.  3.4.  FORJADOS: DE MADERA, HORMIGÓN Y ACERO. 3.5. ARCOS. 3.6. CUBIERTAS: A. PLANAS, B.  INCLINADAS.

Trataremos  todos  estos  apartados  en  un  solo  capitulo  para  comprenderlos  como  organizaciones constructivas coherentes de cimentación a cubierta.   Como es propio de un curso de especialización, atenderemos fundamentalmente a los  aspectos  del  comportamiento  constructivo  estructural  y  no  tanto  al  descriptivo  de  cada  tipología (estas debemos darlas por sabidas ya que son la materia que se desarrolla en varios  cursos de construcción y estructura en nuestras facultades).   Des  todas  maneras,  os  recomiendo  que  repaséis  los  métodos  de  calculo  de  estática  grafica (Cremona), al que haremos referencia por ser la forma en la que mejor se entiende el  comportamiento de las organizaciones constructivas tradicionales. Sin duda hoy contamos con  instrumentos  muy  potentes  y  adecuados  como  lo  son  los  programas  informáticos  de  elementos  finitos  (Los  programas  de  cálculo  matricial  como  CYPE.  Tricalc    etc.,  para  concepciones constructivas tradicionales, son más limitados)  Vamos a analizar en primer lugar una organización constructiva tradicional de muro de  carga. Partiremos como referencia de un edificio real, El edificio en la calle de la Granada de  Toledo que rehabilité hace unos años y al que pertenece la siguiente sección trasversal.     

   

 

    1.‐ Cimentaciones.   En este caso  observamos una cimentación rígida en zapata corrida. Como sabréis una  cimentación  tiene  este  comportamiento  (zapata  rígida)  cuando  toda  su  sección  funciona  predominantemente  a compresión. Esto ocurre cuando se cumple: 

  Tang& = √(5/3Tr), siendo Tr la tensión del terreno.  En términos generales esto ocurre cuando &>60º o lo que es lo mismo h>2l.  Las  cimentaciones  rígidas  están  concebidas  para  que  su  sección  útil  trabaje  a  compresión.  Los  materiales  empleados  son,  por  tanto,  adecuados  para  recibir  acciones  normales  y  no  cortantes  excesivos  o  flexo‐tracciones.      Alterar,  con  una  irreflexiva  intervención, esta realidad, puede acarrear efectos muy negativos. Por ejemplo; al sustituir un  muro de carga en planta baja por un pórtico, los pilares deben ser dimensionados  de manera  que sus apoyos en una zapata rígida no trasmita momentos ni cortantes significativos.    

      Las  cimentaciones  rígidas  pueden  ser  superficiales  o  profundas.  Cuando  la  cimentación  es  profunda,  buscando  la  firmeza  del  suelo,  funcionan  de  manera  similar  a  los  pilotes:  es  decir  que  resisten al hundimiento por la resistencia del terreno en la base pero  también  por  rozamiento  del  terreno  en  sus  caras  laterales.  Este  aspecto  hay  que  tenerlo  muy  en  cuenta  a  la  hora  de  intervenir  en  edificios  antiguos  con  esta  tipología  de  cimentación.  A  veces  para  evitar  la  humedad  en  el  muro,  proyectamos  un  drenaje  perimetral  y  profundo  que  altera  el  comportamiento  estructural  de  la  zapata  produciendo movimientos indeseados.   La zapata rígida responde en general a una concepción técnica  empírica;  Los  arquitectos,  ingenieros  y  maestros  de  obra  o  alarifes,  dimensionaban  las  estructuras,  la  cimentación,  basados  en  la  experiencia;  el  oficio.  En  general  los  edificios  históricos  que  ha  llegado  hasta  nosotros  están  sobre  dimensionados,  pero  funcionan  estructuralmente, exagerando literariamente, hasta las filigranas de yesería.   Por el contrario las zapatas flexibles, son fruto del conocimiento técnico científico, mas  en  concreto  del  concreto  armado  (hormigón  armado)    desarrollados  a  finales  del  XIX.  Una  zapata flexible está diseñada para soportar flexo‐tracciones en una colaboración de su sección  útil del hormigón y la armadura (acero, fibra etc.).  Salvo rarísimas excepciones, los muros de carga se apoyan en zapatas corridas. Por eso  el  reto  de  tipologías  de  zapatas  las  veremos  al  tratar  otras  organizaciones  constructivas  distintas.   

    2.‐ Estructura vertical, muros de carga.   La  primera  distinción  ‐poco  tratada  en  general  en  los  manuales  de  construcción‐,  es  que el muro de carga puede ser de una hoja o de varias hojas.  Muro  de  una  hoja  es  aquel  cuya  composición  responde  a  un  material  homogéneo  y  continuo;  cerámico  (ladrillo,  termoarcilla,  etc.),  barro  (adobe,  tapial,  etc.)  piedra,  hormigón,  madera  (muros  de  troncos  como  los  de  las  primitivas  cabañas  norteamericanas,  que  hoy  vuelve a reutilizarse o el mas moderno de madera contralaminada). El muro de carga de una  sola hoja, es de un ancho variable, lo más común es que no sea inferior a 20 cm. y no supere 1  m. de espesor.  Se llama de una sola hoja aunque, como el ejemplo que traemos aquí, esté constituido  por materiales diversos, pero sin solución de continuidad entre ellos.   El  muro  del  sótano  y  de  planta  baja  de  este  edificio  es  de  una  hoja,  comúnmente  conocido por aparejo toledano. Esta compuesto de  mampuesto ordinario de piedra y trabado  por hiladas de ladrillo macizo llamadas verdugadas que realizan la función de trabazón (y para  soportar eventuales acciones horizontales), recibidos ambos con mortero de cal, es la variante  española del “Opus mixtum” o “opus vagecum” de la arquitectura romana.        

    El muro de una hoja con  cualidades  mas  excepcionales,  que  tuve  ocasión  de  estudiar  e  intervenir,  es  el  Muro  Inca,  magistralmente  concebido  para  soportar  acciones  horizontales  de los movimientos sísmicos.   El  verdugadas 

sistema  es 

de 

también 

empleado en muros de adobe o de tapial. En esto casos las verdugadas de dos o tres hiladas de  ladrillo  también  se  emplea  para  repartir  las  cargas  puntuales  de  las  viguetas,  por  lo  que  su  disposición  en  el  paño  vertical,  coincide  con  la  formación  de  huecos  y  con  el  apoyo  de  los  forjados.  Los  muros  de  carga  barro,  tapial  o  adobe,  están  siendo  reutilizados  en  la  bioconstrucción  por  sus  cualidades  excepcionales  higrotérmicas  y    ecológicas,  por  lo  que  merece la pena que repaséis su sistema constructivo.  Muros de varias hojas, normalmente tres, están ideados para soportar grandes cargas  y son, en general, de gran espesor. Su uso sistematizado se debe a la arquitectura romana, el  “Opus Emplectum” o “Muro Compuesto” y que se emplearon con profusión en la construcción  de edificios monumentales hasta bien entrado el siglo XX.   El  muro  compuesto  de  tres  hojas  está  formado  por  dos  hojas  exteriores  de  aparejo  diverso,  frecuentemente  mampuesto  concertado,  y  un  núcleo  centra  formado  por  grava  cementada, argamasa y cascotes de ladrillo, etc.  

    Muros  de  tres  hojas  de  ladrillo  cerámico  son  el  “Cavity  Wall”  ingles,    y  el  muro  capuchino español.  También puede considerarse muro de varias hojas las estructuras de entramado ligero  (light frame) y los muros de hormigón armado con cámara aislante interior muy usados por el  arquitecto japonés Tadao Ando.   Una  técnica  reciente  para  mejorar  el  comportamiento  higrotérmico  de  los  muros  portantes  de  una  hoja  consiste  en  instalar  el  aislamiento,  bien  con  un  trasdosado  interior  o,  más  conveniente,  siempre  que  no  se  altere  sus  cualidades  específicas  arquitectónicas  (por  ejemplo, arquitectura neo mudéjar de ladrillo cara vista), por fuera por medio de fachadas tras  ventiladas etc. Soluciones que veremos con detalle en los sucesivos temas.                       

    3.‐ Estructura horizontal, arcos y bóvedas.   El  arco  es  el  elemento  que  genera  las  diversas  estructuras  abovedadas  y  cuyo  uso  sistemático se lo  debemos a la arquitectura Romana. Los griegos utilizaron fundamentalmente  las estructuras adinteladas.   En  la  arquitectura  domestica  tradicional  española  encontramos  muy  frecuentemente  las bóvedas como solución para cubrir los techos de las plantas de sótano. Con ello se evitaba  el contacto con las partes más húmedas del edificio de los forjados de madera y se dotaba de  una mayor capacidad de carga a las plantas bajas destinadas a un uso más intensivo. Además, 

    al encontrarse confinada bajo tierra, evita los efectos indeseados de los empujes horizontales,  por lo que vemos que su usos, en estas condiciones, todo son ventajas.   Como  he  adelantado  al  principio  de  este  capitulo,  la  forma  mejor  para  estudiar  las  estructuras en arco es basándonos la estática gráfica. De su aplicación, deducimos que, si bien  con el sistema de estructuras en arco, conseguimos salvar luces superiores que con sistemas  adintelados,  estos  tienen  el  inconveniente  de  trasmitir  en  sus  apoyos  una  resultante  con  componentes horizontales.  

Uno de las grandes cuestiones de la construcción tradicional, entendiendo por esta la  empleada  de  forma  generalizada  hasta  finales  del  siglo  XIX  en  el  que  empezó  a  usarse  los  nuevos  materiales,  el  hormigón  armado  y  los  perfiles  de  acero,  es  la  de  resolver  los  encuentros, los nudos. Difícilmente se podía resolver, como hoy, con soluciones empotradas.  Por eso el desarrollo de la técnica empírica de las estructuras derivadas del arco ocupó durante  siglos el ingenio de maestros y alarifes.   Veamos en que consiste este comportamiento que  nos dará la clave para la correcta  intervención en estructuras de arco y abovedadas. 

    Pongamos un caso—es similar para otras tipologías—de un arco de rapante redondo  de medio punto. Si se encuentra muy cargado en la clave (PV1), y poco en los riñones (Pv2),  estudiándolo por el  método de estática  grafica, podemos  comprobar que la  resultante tiene una  fuerte  componente  horizontal (Fh). Por lo  que el arco o la bóveda  con esta distribución de  cargas tenderán a abrirse.  Por el contrario si están muy cargados los riñones y descargado en  la clave, el arco es más estable, pues las acciones verticales las asume mucho mejor el  encuentro en la línea de imposta. Eso es precisamente lo que se pretende en la arquitectura  gótica al introducir   pináculos. Se aumenta,  con el peso del mismo,  la componente vertical  y por tanto la  verticalidad de la  resultante.      

                                  Os traigo la fotografía, realizada desde el suelo,  de una bóveda ligeramente dañada  por un seísmo. Estas bóvedas son una magnifica adaptación de las bóvedas con plementeria de  piedra, siendo aquí  de ladrillo de manera que puedan soportar de manera mas plástica (mayor  capacidad de deformación sin rotura) las sacudidas de  de los terremotos 

       3.‐  Muros de carga de entramado pesado y Estructura horizontal, forjados  unidireccionales.   Una  organización  arquitectónica  de  calidad  como  la  que  nos  ocupa,  resuelve  con  maestría,  sin  escatimar  recursos,  las  más  diversas  situaciones.    Como  todos  sabemos,  según  ganamos en altura, nos interesa sistemas constructivos más ligeros y que soporten eventuales  acciones horizontales  (viento, dilataciones etc.), sin perder sustantiva capacidad de carga. En  una  arquitectura  tradicional  como  esta,  lo  normal  es  encontrarnos  muros  de  gran  espesor,  entorno al 1 m   en  sótano;  80 o 75 cm en planta baja, 50 cm en planta primera y segunda.  Este  escalonamiento  permite  resolver,  entre  otras  ventajas,  con  facilidad  la  mayoría  de  los  apoyos de los forjados en los muros con apoyos simples  Aparece por tanto siempre que se quiere  aligerar el espesor del muro y, o, dotarle de cierta  resistencia a los empujes horizontales, el muro de  entramado  pesado.  Este  muro  esta  constituido  por  un  sistema  porticado  de  madera,  sin  la  racionalidad  de  los  pórticos  modernos,  y  de  un  cuajado entre los pies derechos que puede ser de  adobe,  ladrillo,  o  argamasa  con  cascotes  y  piedras, en muchos caos procedentes de derribo.  En nuestro caso el cuajado lo constituye un pie y  medio  de  ladrillo  macizo  y  el  entramado  de  madera  formado  por  pies  derechos  de  escuadría  22x  22  cm  cada  2  m  aproximadamente  y  durmiente de madera sobre el muro para recibir el apoyo del forjado.   

    El  forjado  de  madera  es  de  armadura  de  alfarjes  con  labor  de  menado.  Este  forjado  unidireccional se caracteriza por tener una distancia entre las caras de las viguetas, calles, al  doble de la escuadría de ellas. Para resolver el espacio entre viga y viga se ha recurrido a una  tablazón  de  madera  labrada,  labor  de  menado,  con  forma  de estrellas unidas entre ellas  a  media  madera.  Sobre  esta  solución  estructural  se  ha  colocado,  en  época  mas  reciente,    un  piso,  sobre  rastreles,  de  madera  conífera  de    Sapelly  con  formas  geométricas.   Como  culmen  de  esta 

sabia 

organización 

constructiva    llegamos  a  la  cubierta 

de 

madera 

formada  por  un  artesonado  de par y nudillo en las naves  laterales  y  una  cubierta  a  cuatro  aguas  de  lima  bordó  en  el  torreón.  Sobre  estas  estructuras  principales  con  entrevigado  de  tablazón  labrado  se  dispone  unas  correas  que  soportan un  tablero de ripias de madera. 

    El problema de las estructuras de madera, desde siempre conocido, al margen de sus  múltiples ventajas, son: por una parte, su inestabilidad formal; y por otra, su corruptibilidad y  vulneración a los xilófagos. Ambas cuestiones se solventan en gran medida con una correcta  fabricación del material (apeo y desecado), y una sabia disposición en obra (evitar el contacto  continuado con la humedad).   De estas cuestiones nos queda mucho por aprender de la herencia de los carpinteros  mudéjares.  De  todas  maneras,  aunque  algo  iremos  viendo  durante  el  curso,  no  podemos  extender  en  describir  este  maravilloso  tema  de  las  estructuras  de  madera,  por  lo  que  os  recomiendo  repasar  alguno  de  los  muchos  tratados  de  esta  materia  (formas  de  ensambles  incluido).  Un  autor  autorizado  en  esta  materia  (y  muy  estimado  por  mi)  es  el  Arquitecto  Enrique Nuere Matauco.  Yo os traigo algunas sesiones de estas estructuras par que vayamos  familiarizándonos con  estas sabias organizaciones constructivas. 

  Sección estado original de la cubierta del edifico de Toledo 

     

  Sección estado reformado de la cubierta del edifico de Toledo      4.‐ Muros de carga de entramado ligero y cubiertas planas e inclinadas.   Las  galerías  voladas  sobre  el  patio,  sobre  unos  bellos  canecillos  labrados,  están  conformados por entramados ligeros de pies derechos y yesones, que se encontraban en  un  estado  y  recuperable  y  para  los  que  propuse  una  solución  de  entramado  ligero  moderno,  cuyos detalles adjunto para los que no estéis familiarizados con este sistema constructivo. 

   

 

   

    Las cubiertas de madera a dos aguas, formadas por pares, tiene el problema añadido  de  los  empujes  horizontales  que  tienden  a  volcar  la  cabeza  de  los  muros.  Veremos  una  intervención realizada en la avenida de Valladolid, en el que el desplome de una planta sesta  

comprometía  seriamente  la  estabilidad  de  los  muros  de  fachada.  Modernamente  se  ha  resuelto  estos  empujes,  como  bien  sabéis,    con  soluciones 

de 

forjados 

planos  y  formación  de  pendientes  de  tabiquillos  palomeros,  recientemente 

y 

mas  con 

estructuras  trianguladas  de  perfiles  de  acero  ligeros  conformados  en  frio.  Las  soluciones 

tradicionales 

para  resolver  los  empujes  horizontales  de  los  pares  eran los cuchillos o cerchas,  siendo  una  de  las  mejores 

    resultas  la  española  cuyo  esquema  adjunto  perteneciente  a  una  obra  nueva  (proyecto  de  Centro de Turismo Rural en Menasalvas)  Otra solución, generalmente de mayor categoría es la cubierta de par y nudillo   con  tirantes, cuya composición habéis podido obsérvala en las secciones anteriores de las cubiertas  del  edificio  de  Toledo.  Para  una  mayor  información  os  recomiendo  el  tratado  renacentista,  recientemente reditado, “La carpintería de lo blanco” de Diego López Arenas.   En el proyecto de  vivienda  en  Toledo  que  venimos 

tratando, 

tuvimos  que  reponer  parte 

de 

la 

sobre 

cubierta,  ocasión  que  aproveche 

para 

incorporar  una  buena  sección  de  aislamiento.  Como 

veremos 

mas 

adelante,  las  mayores  perdidas  de  calor,  en  los  edificios 

situados 

en 

climas  templados  y  fríos,  son por la cubierta.         

       Las cubiertas planas han sido causa de multitud de patologías, sobre todo en lugares  de fuertes lluvias y cambios  bruscos de de temperaturas.  A estos problemas se le añade que  suelen  ser  focos  de  condensación,  pues  el  vapor  de  agua  generado  en  el  interior  de  las  viviendas, asciende con el calor hacia la cubierta, como sabéis, en donde es fácil que encuentre  una capa fría en donde ese vapor se condesa produciendo humedad. La alternativa moderna a  este  problema  higrotérmico,  es  la  cubierta  invertida.  La  tecnología  de  los  nuevos  materiales  nos  proporciona  elementos  de  asilamiento  resistente  a  la  climatología  extrema  que  permite  colocar  el  impermeabilizante,  que  a  la  vez  suele  ser  barrera  de  vapor,  en  la  parte  caliente,  como veis en el esquema. De esa manera, el forjado y el impermeabilizante se protege de los 

cambios buscos de temperatura cuyas dilataciones agotaba al material produciendo fisuras y  filtraciones de agua exterior, a la vez que podía propiciar, lo ya comentado, de condensaciones  de vapor procedentes de  interior. La confluencia de ambos fenómenos constituye un cuadro  patológico seriamente destructivo de las cubiertas planas, ahora felizmente resuelto.