Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos

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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
INDUSTRIALIZED ARCHITECTURE
procesos de industrialización aplicados a la construcción
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TEMA 9
Estructuras industrializadas en edificios de
pisos
9.
ESTRUCTURAS INDUSTRIALIZADAS EN EDIFICIOS DE PISOS
9.0.
CONCEPTOS
La industrialización constructiva moderna ha estado especialmente relacionada con la edificación de edificios de pisos, que
constituyen el volumen mayor de la actividad constructiva.
La adopción del hierro como material estructural permitía superar las limitaciones espaciales de las estructuras de muro de carga,
generar espacios más amplios, abrir grandes huecos y aumentar el número de plantas, además de aumentar la velocidad del
proceso de edificación, ajustar mejor la planificación de las obras y reducir su costo.
El Crystal Palace de Londres fue adjudicado a Joseph Paxton por ajustarse al plazo de ejecución y costo deseados, no por su
composición o su carácter innovador. Una innovación que no aporta ventajas funcionales o económicas está completamente
sometida al dictado de los comportamientos sociales identificables como moda.
Algo parecido podemos decir de los primeros tiempos del hormigón armado estructural, que permitía obtener más seguridad
ante el fuego que las estructuras de muro de carga y forjados de madera pesada y sobre todo que las estructuras de acero, sin
tener las limitaciones espaciales y de apertura de huecos de aquellas.
Incluso en el desarrollo de los revestimientos de terracota para los rascacielos norteamericanos, explicada desde su inicio, hasta
por sus propios fabricantes, como respuesta a las exigencias de protección frente al fuego podemos entrever las ventajas de la
producción industrializada de piezas moldeadas frente a la producción artesanal de molduras y elementos decorativos con
piedra, además material natural con homogeneidad incierta.
9.1.
ESTRUCTURAS INDUSTRIALIZADAS DE ACERO
9.1.0. Conceptos
La construcción con estructura metálica ha tenido un carácter altamente industrial desde el inicio de la utilización del hierro como
material estructural básico. Las razones de este hecho son diversas; pero sin duda han tenido una influencia decisiva el hecho de
utilizarse un material de origen industrial, quizás el material más vinculado a la industria en todos los órdenes, y las características
propias del mismo: resistencia, dureza y tenacidad, que hasta tiempos relativamente próximos han imposibilitado su
conformación y mecanización directa en el tajo.
El hierro une a las características señaladas otras todavía más importantes: la abundancia de menas productivas en la naturaleza,
la capacidad de originar aleaciones que modifiquen sus características iniciales y relativa facilidad de su recuperación para el
reciclaje.
Los aceros son actualmente los productos férricos más utilizados en la construcción, aunque existen campos en los que siguen
utilizándose otros materiales como la fundición o la forja.
La construcción con acero mantiene singularidades profundas respecto a otros sectores industriales involucrados en la
construcción. La más importante es quizás su proximidad social, la existencia de un número elevadísimo de empresas dedicadas a
su manipulación repartidas homogéneamente en la geografía. Estas empresas, dotadas de estructuras organizativas y de
producción muy diversas permiten responder óptimamente a los requerimientos de una actividad tan amplia y variada como es
la arquitectura.
Quizás la carencia de una imagen fabril estereotipada en gran parte de los talleres metálicos, la proximidad social, la flexibilidad y
adaptabilidad productiva y la falta de relación única con el sector constructivo, que permite una mayor estabilidad productiva,
están en el origen de la infravaloración industrial de los productores de estructuras de acero.
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La imagen de grandes factorías productivas es mucho más atractiva en un texto sobre industrialización que la de pequeños
talleres someramente especializados, sin embargo el mayor peso industrializador recae sobre estos últimos, que son los que nos
pueden permitir alcanzar el objetivo fundamental de aumento de rendimiento global. No hay que dejarse llevar por las
apariencias; las grandes factorías productoras de estructuras prefabricadas de hormigón armado desaparecieron tan pronto
como tuvieron que enfrentarse al mercado libre, mientras los talleres productores de estructura metálica han aumentado en
número y han mejorado progresivamente el rendimiento de sus sistemas, habiendo automatizado las tareas más duras y
delicadas.
Aunque la incorporación de procedimientos y herramientas más poderosos y ligeros permite actualmente realizar en la obra
labores que anteriormente se realizaban en el taller, lo que parece presagiar cierto grado de desindustrialización, debemos pensar
que en general se trata de operaciones que anteriormente no se realizaban con acero, no exigen un grado de ajuste elevado, o
responden a deficiencias del proyecto o sus desarrollos.
Debemos pensar que aunque los medios informáticos de dibujo y de cálculo han experimentado avances extraordinarios en el
último decenio, las aplicaciones CAD-CAM que facilitan la producción de los elementos diseñados mediante sistemas
automáticos de control numérico han llegado tan solo a las industrias más especializadas y se trata en general de aplicaciones
informáticas diseñadas para el uso propio destinadas a obtener situaciones de privilegio en el mercado. La generalización del uso
de programas y de autómatas no propietarios junto con la universalización de las máquinas regidas por sistemas de control
numérico marcarán un nuevo punto de inflexión en una tecnología cuyo rendimiento puede aumentar y cuya afectación
medioambiental dista mucho de los efectos negativos de otras.
9.1.1. Exigencias específicas
Al margen de las exigencias generales que afectan al conjunto de los sistemas estructurales, las exigencias específicas que se
imponen a las estructuras metálicas son;
• Rapidez en las operaciones de montaje.
• Reducción del volumen ocupado por los elementos del sistema.
• Capacidad de admitir modificaciones estructurales importantes durante su vida útil.
• Capacidad de desmontaje total para su recuperación.
La gran capacidad resistente ha sido causa de la definición de algunos tipos estructurales como propios de la arquitectura del
acero, antes hierro. Las estructuras realizadas con acero podían alcanzar alturas o luces imposibles para el resto de los materiales
estructurales. Hoy los aceros de alta resistencia encuentran serios competidores en la resistencia de algunas fibras orgánicas
sintéticas; sin embargo es difícil alcanzar ratios homogéneas de costo/prestaciones semejantes a los de estos aceros, que sólo son
sobrepasados cuando las exigencias para alguna de las características, como el peso, son elevadas hasta el límite.
La rapidez en las labores de montaje constituye hoy día la razón fundamental del uso de la estructura de acero. Las exigencias de
reducción del tiempo de construcción y de secado favorecen a las estructuras de acero sobre las de hormigón armado realizadas
"in situ", sus más duras competidoras.
Las estructuras prefabricadas de hormigón armado alcanzan mayores rendimientos que las de acero en luces pequeñas y cuando
no existen exigencias importantes de mantener una elevada relación luz/canto que disminuya la capacidad neta de carga del
elemento. Hay que tener en cuenta que en secciones huecas o abiertas de grandes cantos la capacidad resistente de las paredes o
alma de acero está mermada por la aparición de efectos de pandeo, mientras los elementos de hormigón armado, menos
afectados por los efectos del pandeo y mucho más por los esfuerzos cortantes experimentan una mejora en el rendimiento al
aumentar el canto.
La reducción de volumen se refería inicialmente a la menor ocupación de superficie útil de planta por los elementos de acero que
los de otros sistemas estructurales. Sin embargo y excepción hecha de algunas tipologías edificatorias, se comprobó ya en los
primeros tiempos de utilización, que los elementos de protección ignífuga conducían a una ocupación final equivalente. La
reducción a la que nos referimos se produce en el plano horizontal, donde la protección de las jácenas, vigas y demás elementos
estructurales merma muy poco espacio y donde la estructura metálica es intrínsecamente más eficiente en su relación con las
redes de acondicionamiento y servicios. Debido al aumento progresivo de exigencias ambientales en nuestro entorno, no es
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previsible un cambio de tendencia, sino por el contrario una acentuación de la situación actual, por lo que es previsible un
aumento progresivo del rendimiento de las estructuras metálicas.
La flexibilidad está ligada a la vida útil de la estructura.
Estamos acostumbrados a considerar válidas hipótesis de amortización edificatoria y consiguiente de vida útil cada vez más
reducidas; sin embargo y por motivos diversos se produce cada vez más la recuperación y rehabilitación de edificios antiguos de
los que en muchos casos se mantiene poco más que el sistema estructural. Existen además tipologías, como la hospitalaria o la
industrial en la que los avances propios de la actividad conllevan modificaciones permanentes de la estructura organizativa y de
las propias infraestructuras, por lo que los edificios se encuentran en continuo cambio. En estos casos la amortización continua es
no planteable, ya que se está produciendo una inversión continua y permanente y la obsolescencia y amortización se produce
por lo general de forma precipitada como consecuencia de la quiebra de la actividad o la modificación radical e instantánea de las
exigencias funcionales propias de ella.
En estos casos la estructura de acero aporta grandes ventajas debido a la relativa facilidad con que se puede variar la sección
resistente de los elementos par adaptarlos a los nuevos requerimientos. El hecho de que casi todos los refuerzos estructurales en
cualquier tipo de estructura se realicen con elementos metálicos expresa claramente la mayor flexibilidad de las estructuras de
acero.
La capacidad de desmontaje y de reciclaje constituye una exigencia novedosa en nuestra sociedad por lo que no es
excesivamente tenida en consideración. No obstante es previsible que el costo de demolición se vea notoriamente incrementado
por la imposición de ecotasas y la aplicación de exigencias notables de recuperación selectiva. En esa situación la estructura de
acero contará con un aumento comparado de rendimiento por su mayor proximidad al emblemático axioma de las 3R: su
flexibilidad le permite ser reutilizada, gran parte de los elementos son ya hoy día recuperados y quizás el acero es el material que
actualmente alcanza un grado superior de reciclaje relativo y absoluto, en volumen y económicamente.
Desgraciadamente las mermas en el aprovechamiento de la capacidad inherente al acero están en la defectuosa y limitada
definición de los sistemas, consecuente con la falta de desarrollo de herramientas informáticas y el reducido valor dado por la
sociedad al diseño y la proyección constructivas de los edificios, hechos que no es probable que varíen de forma inminente.
9.1.2. Evolución de la industrialización de los sistemas estructurales de acero
9.1.3. Tipologías estructurales
Aunque es difícil definir grandes grupos tipológicos sin asumir un alto grado de inexactitud consecuente, se pueden diferenciar
dos grandes grupos tipológicos atendiendo a sus características dimensionales: estructuras de edificios con gran división espacial
y estructuras con poca división espacial. Los primeros se pueden desarrollar en una sola planta, pero son más habituales los
edificios de pisos, entre los que destacan los edificios que pretenden superar los límites de altura. Los segundos responden a
actividades que exigen mayor continuidad espacial.
Dan origen a las estructuras de grandes luces o grandes espacios.
9.1.2. Tipos edificatorios:
9.1.2.1. Docente
La escasa utilización de estructuras industrializadas metálicas en los edificios docentes españoles contrasta con la amplia
utilización de sistemas industrializados metálicos, en algunos.
Es el caso del edificio de oficinas de la compañía SEAT en Barcelona, convertido en la actualidad en apartamentos residenciales.
Casos incluso patentados, en el resto de países desarrollados. La falta de tradición es sin duda causa fundamental de una falta de
utilización difícilmente justificable por razones funcionales, técnicas o económicas.
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Los edificios docentes están sometidos a modificaciones espaciales periódicas en respuesta a variaciones en la metodología
educativa, en los medios y equipamiento técnico docente y en su propio destino, al atender a poblaciones cuya estructura
demográfica varía temporalmente con el envejecimiento de la población atendida. Su arquitectura debe por tanto permitir un
elevado grado de flexibilidad en la adaptación espacial interna e incluso en la posibilidad de permitir modificaciones
estructurales resultantes de las nuevas exigencias o de procesos de ampliación.
Los espacios de los edificios docentes son amplios, incluso los destinados a circulación debido a la alta densidad de ocupación y
al elevado grado de actividad física de los ocupantes, por lo que las luces estructurales también lo son.
Las necesidades de renovación de aire y ventilación de los espacios, que no están suficientemente cubiertas en los edificios
docentes españoles, exigen espacio suficiente para las redes de conductos.
Estas redes, al igual que las restantes redes de servicios: electricidad, comunicación, protección, equipamiento técnico..., exigen
modificaciones periódicas para su adaptación a las nuevas exigencias del edificio.
Además la gestión de nuevas dotaciones escolares está sometida a decisiones de índole política, social y económica, que
producen una fuerte tensión en las etapas vinculadas directamente con el diseño y la construcción de los edificios.
El panorama descrito justifica los elevados rendimientos de la estructura metálica industrializada en edificios escolares. La fácil
manipulación de los elementos y su escasa ocupación espacial le otorgan la flexibilidad necesaria, que se muestra con toda su
intensidad en su interacción con las redes de servicios.
Además los edificios escolares responden en cada sociedad a tipologías muy estables, por lo que es sencillo alcanzar grados de
optimización de los sistemas muy elevados.
Los edificios escolares con estructura metálica tampoco deberían tener exigencias de protección contra el fuego excesivas debido
a su fácil, rápida y demostrada capacidad de evacuación, reducida carga de fuego y bajo riesgo tipológico intrínseco al tratarse de
edificios de poca altura, normalmente una o dos plantas, raramente tres o más.
En España son habituales las tipologías con dos o tres crujías formadas por pórticos rígidos longitudinales. Las exigencias de
arriostramiento, reducidas se trasladan a los núcleos de comunicación vertical y a los vanos estructurales extremos.
En otros países las áreas de paso a las aulas están vinculadas a espacios de relación interiores que dan lugar a tipologías más
variadas. No obstante las características de los elementos estructurales varían poco respecto a las tipologías lineales debido a que
la característica más importante sigue siendo la luz libre de los espacios destinados a la docencia.
9.1.2.2. Hospitales
Hasta tiempos recientes los edificios sanitarios han contado con estructuras de acero. Las razones fundamentales están
vinculadas con la mayor facilidad para resolver la diversidad de usos y su modificación durante todo el proceso edificatorio y de
uso del edificio.
La tecnología médica evoluciona con mayor rapidez que la correspondiente a otros campos de actividad y con ella se produce el
nacimiento de nuevos equipos, espacios específicos y tipologías edificatorias. Es habitual que al cabo de 15 años todos los
equipos considerados durante el diseño hayan sido sustituidos y las técnicas y espacios destinados a ellas modificados. Incluso las
áreas destinadas a albergar a los pacientes hospitalizados experimentan progresivas transformaciones en su configuración,
superficie y servicios.
La modificación y refuerzo de las estructuras metálicas para adecuarse a situaciones tan cambiantes es más sencilla en los
edificios con estructura metálica que en los que cuentan con estructuras de hormigón armado y especialmente con los que la
tienen de muros de carga.
Las tipologías de hospitales han evolucionado enormemente desde los primeros hospitales modernos, de principio del s. XX.,
vinculados al conocimiento de la transmisión de enfermedades infecciosas a través de los microorganismo y a la consideración de
la asepsia en los tratamientos médico-quirúrgicos.
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Los primeros hospitales modernos eran edificios de pisos, situados en el corazón de las ciudades, en cuyas plantas se distribuían
los diferentes servicios según criterios de interrelación y dependencia.
Las estructuras verticales permitían reducir las distancias entre las dependencias y responder con rapidez a las necesidades de los
pacientes, a diferencia de los antiguos hospitales pabellonales, organizados de acuerdo con pensamientos higienistas que
buscaban fundamentalmente una ventilación óptima y se esparcían en amplias parcelas exteriores a las ciudades.
Los hospitales verticales mostraron pronto los inconvenientes del apilamiento vertical de actividades tan diversas como coexisten
en los hospitales, especialmente las relacionadas con la dificultad de reorganizar las redes de servicios sin afectar al
funcionamiento de las unidades y de ubicar los cada vez más voluminosos, complejos y exigentes equipos de diagnóstico y
tratamiento.
Los nuevos hospitales conjugaron las ventajas de la verticalidad con la necesidad de plataformas técnicas horizontales que
permitían resolver las necesidades de las unidades más tecnificadas.
La dificultad de poner en marcha nuevos hospitales y aún más de cerrar los existentes, debido al uso progresivamente creciente, a
su enorme costo y a la dificultad de modificar hábitos y costumbres adquiridos han llevado a la coexistencia de todas las
tipologías edificatorias generadas desde tiempos presanitarios.
Desde el punto de vista estructural deben considerarse ciertos invariantes, que con diversas organizaciones están presentes en
todas las organizaciones:
• La anchura de la habitación simple o doble está comprendida entre 3,60 y 3,75m.
• Las salas de mayor tamaño tienen unos 40m2, y proporción próxima al cuadrado, exceptuadas las que corresponden a
salas de medicina nuclear, que en general son subterráneas y sin estructuras sobre ellas
• La altura libre mínima, sin obstáculos estructurales es de 3,00 en áreas de hospitalización y de 3,50m en las áreas técnicas
Los elementos invariables del edificio y entre ellos fundamentalmente la estructura producen problemas importantes cuando se
producen cambios organizativos y de cultura sanitaria. La vinculación del sistema de arriostramiento al de comunicación y
transporte vertical produce dificultades para modificar este último.
Aunque existe una fuerte tradición en considerar los edificios hospitalarios como hitos urbanos y referentes sociales, los
hospitales futuros deberán tener una configuración más abstracta y permitir modificaciones rápidas en su configuración para
atender las necesidades sanitarias cambiantes. La utilización de sistemas modulares industrializados tipificados permite una
respuesta rápida y ajustada, fácil de construir, remodelar o desmontar.
9.1.2.3. Residenciales y terciarios
Aunque la estructura metálica está en el origen de la construcción residencial en edificios de pisos, el hormigón armado la ha
relegado a los edificios de mayor altura, por encima de las 50 plantas y a casos especiales en los que la configuración dificulta la
utilización de los sistemas de encofrado habituales o existen factores que dificultan el uso del hormigón armado.
Es normal en los edificios de gran altura la coexistencia de diferentes usos, especialmente el residencial y el terciario, por lo que la
organización modular debe tenerlo en consideración.
Como módulo base de anchura de fachada suele adoptarse 2,50m. Hay que tener presente que mientras los edificios de oficinas
pueden tener configuraciones variadas, desde la completa compartimentación hasta la oficina paisaje, el uso residencial exige
una compartimentación relativamente rígida, especialmente en las tipologías de vivienda protegida.
La posición de las escaleras y los núcleos de ascensores, de acuerdo con las normativas correspondientes, especialmente las de
protección contra incendios, resultan determinantes en la configuración tipológica.
9.1.2.4. Hoteles
La homogeneidad espacial de los hoteles ofrece grandes oportunidades a la industrialización de todos los procesos edificatorios.
No presentan diferencias tipológicas relevantes respecto a las estructuras de edificios residenciales u hospitalarios. La modulación
dimensional del bloque de habitaciones es más próxima a la de los edificios hospitalarios, pero las plantas inferiores tienen menor
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superficie y complejidad. Aunque sus cuerpos residenciales pueden mostrarlos próximos a los hospitales existen diferencias
notables:
Los pasillos de distribución están dimensionados aquí para el usuario caminante mientras en los hospitales deben atender al
continuo desplazamiento de pacientes en camas
Los espacios de apoyo representan una proporción mínima, mientras que en los hospitales llegan a alcanzar el 30% de la
superficie en las plantas de hospitalización.
Los espacios complementarios situados normalmente en las plantas inferiores corresponden a usos sociales, conferencias,
congresos, etc que precisan gran capacidad, por lo que las luces son importantes. Los salones divisibles y enlazables de dichas
plantas pueden llegar a condicionar la estructura del edificio cuando la parcela edificable es reducida.
Los hoteles experimentan pocas modificaciones estructurales durante su vida útil por lo que el uso de la estructura metálica tiene
las limitaciones comentadas para los edificios residenciales y administrativos.
9.1.2.5. Oficinas
Es una de las tipologías más identificadas con la industrialización. La versatilidad espacial y su variabilidad temporal contribuyen a
que el grado de industrialización sea valorado de forma considerable por los promotores.
Se trata de una de las tipologías en las que se incorporan más tempranamente las innovaciones constructivas debido a su
carácter productivo, de actividad económica y a su vinculación con tareas terciarias o ejecutivas. La voluntad innovadora da lugar
a un alto grado de experimentación tipológica, aunque en gran parte de los casos de carácter puramente formal. En todos los
casos se intenta obtener espacios amplios y luminosos compartimentables.
La profundidad respecto a las fachadas y la posición de los elementos de comunicación vertical resultan claves en la organización
de los edificios, que en algunos casos han recurrido a soluciones extremadamente artificiosas para conseguir la pretendida
continuidad del espacio lumínico.
9.1.2.6. Edificios comerciales
Los edificios comerciales constituyeron las primeros ejemplos de utilización de nuevas tecnologías constructivas. La
incorporación del ascensor para personas y los primeros escarceos de la estructura de hierro en edificios altos correspondieron a
edificios comerciales.
Actualmente la construcción de edificios de plantas destinados a uso comercial es muy reducida respecto a los edificios debido a
las mayores exigencias impuestas por las normativas de protección contra incendios y a las necesidades de aparcamiento para
usuarios y proveedores.
No obstante el carácter modular de los espacios comerciales y su necesaria versatilidad los convierten en sujetos apropiados para
la industrialización de los procesos constructivos.
La necesidad de contar con aparcamiento subterráneo de vehículos obliga a modulaciones vinculadas a dicho uso, normalmente
de 8m. o 10,5m. de lado.
9.1.2.7. Aparcamientos
Se trata de edificios destinados al aparcamiento de vehículos, por lo que responden a las necesidades espaciales
correspondientes a la circulación y el almacenaje de vehículos.
Existen dos tipos muy diferenciados: los accesibles al usuario, en los que el vehículo es depositado y recogido por éste y los no
accesibles al usuario, que son gestionados mediante equipos automáticos robotizados. Otro rasgo diferencial es su relación con el
terreno ya que son más numerosos los subterráneos que los exteriores a pesar de los graves inconvenientes y riesgos inherentes a
la ubicación subterránea y su consecuente costo superior.
Los exteriores son utilizados de forma preferente en los grandes centros de transporte interurbano de viajeros: puertos,
aeropuertos y estaciones ferroviarias porque permiten más aprovechamiento del terreno y menos distancia en los recorridos que
el aparcamiento directo sobre el terreno. Es razonable pensar en un aumento de la utilización urbana de estas tipologías por su
mayor rendimiento y por su capacidad de convertirse en reservas espaciales.
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La modulación estructural es múltiplo de la dimensión de la plaza de aparcamiento, normalmente de 3 o 4 plazas.
La necesidad de contar con rampas de acceso a las plantas de gran desarrollo ha dado lugar a tipologías en las que la planta de
aparcamiento es inclinada y se constituye en la propia rampa de distribución del edificio.
9.1.2.8. Almacenes, silos
Los edificios destinados al almacenaje han experimentado una evolución casi inversa a la de los edificios industriales. Mientras
éstos han evolucionado hacia configuraciones de una planta por la necesidad de agilizar la producción y aumentar la
accesibilidad de componentes y operarios a los puestos de montaje, los almacenes han aumentado su volumen con objeto de
reducir la superficie utilizada y reducir las los recorridos en los procesos vinculados al almacenamiento.
Una parte importante de la edificación destinada al almacenamiento está constituida por naves de una sola planta con gran
altura; pero cuando la altura de almacenaje supera los ocho o diez metros el rendimiento conjunto de los sistemas estructurales y
de almacenamiento no solidarios es inferior al de edificios con estructura reticular diseñada específicamente para el almacenaje.
Cuando los almacenes corresponden a productos de características físicas, especialmente dimensionales, específicas y se
gestionan por procedimientos robóticos la altura de los edificios puede superar los 25m.
9.1.3. Sistemas y Tipos estructurales
Los edificios de pisos pueden utilizar simultánea o alternativamente elementos estructurales lineales, superficiales y espaciales. El
grado de eficiencia estructural de cada edificio depende de una correcta combinación de estos componentes para responder a
sus exigencias específicas.
La enorme variedad del marco de exigencias y por tanto de respuestas arquitectónicas da lugar a un conjunto amplio de sistemas
estructurales cuya definición resulta a menudo compleja. No obstante podemos definir ciertos tipos básicos habituales:
9.1.3.1. Muros de carga paralelos
El sistema utiliza elementos planos verticales. Su peso y rigidez actúan de forma eficiente para resistir los esfuerzos horizontales.
Se ha utilizado habitualmente en edificios con luces reducidas que no necesitan núcleos estructurales habitualmente vinculados
a los sistemas mecánicos de comunicación vertical.
Actualmente sólo se utilizan de forma industrializada en construcciones con uso residencial realizadas con paneles de hormigón
armado.
9.1.3.2. Núcleo y fachadas de carga
Elementos superficiales de carga rodean un núcleo estructural. El núcleo proporciona mayor rigidez multidireccional y disminuye
las limitaciones para conseguir espacios diáfanos amplios.
El núcleo aprovecha los elementos definitorios de los elementos verticales de comunicación y de acondicionamiento ambiental.
9.1.3.3. Cajas autoportantes
Se utilizan elementos espaciales tridimensionales. Una vez unidos las paredes de los elementos actúan como muros de carga.
El cambio de orientación de los elementos en plantas sucesivas permite un mayor grado de arriostramiento; pero dificulta la
comunicación vertical y la distribución de las redes de servicios.
La pérdida de eficiencia estructural producida por la redundancia de los elementos estructurales y su difícil optimización pueden
resultar compensada en ciertos casos por la reducción de las tareas en obra.
9.1.3.4. Núcleo rígido con plantas planas voladas
La estructura horizontal de cada planta es resistida en vuelo desde un núcleo central muy rígido sin que exista estructura vertical
a partir del mismo.
La amplitud del espacio entre el núcleo y la fachada está limitada por la rigidez de la estructura horizontal. La ampliación del
espacio exige aumentos muy superiores del canto de la estructura horizontal.
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En algunos casos la utilización de este sistema ha respondido a la dificultad de utilizar estructuras con fachada estructural por la
existencia de condicionantes en el subsuelo o en la ocupación de la planta baja
9.1.3.5. Núcleo rígido con subestructuras horizontales espaciales voladas
La estructura horizontal resistida en vuelo desde el núcleo central rígido comprende dos plantas y está constituida por elementos
triangulados o rígidos tipo Vierendeel.
El espacio entre el núcleo y la fachada está limitado alternativamente en la mitad de las plantas por los elementos verticales o
inclinados de la estructura volada; pero el sistema permite alcanzar mucha mayor profundidad.
9.1.3.6. Núcleo rígido con subestructuras horizontales espaciales voladas y colgadas
La estructura horizontal de cada planta se apoya en el núcleo rígido y cuelga en el extremo opuesto de una estructura horizontal
superior de gran rigidez que vuela también desde el núcleo central. El edificio puede contar con una única estructura horizontal
rígida desde la que cuelgan los bordes de las estructuras horizontales de todas las plantas, o con varias estructuras horizontales
rígidas. La reducida sección precisada por los tirantes del borde exterior permite que éstos queden englobados por la
subestructura del cerramiento y resulten desapercibidos; pero el alargamiento diferido de los mismos exige retensado periódico
entre las labores de mantenimiento.
En las Torres de Colón, en Madrid, se evitó el alargamiento diferido mediante la vinculación a los tirantes de montantes
precomprimidos cuya distensión compensaba la de los tirantes; aunque estos elementos comprimidos adquieren gran
protagonismo formal.
En algunos casos el edificio esta formado por una agrupación de estructuras de este tipo enlazadas a través de articulaciones,
como en el Banco de Hong-Kong y Shangay.
El rendimiento de este tipo estructural es menor que el de los sistemas en los que la transmisión de cargas es exclusivamente
gravitatoria debido al mayor recorrido de las cargas hasta llegar al terreno.
9.1.3.7. Núcleos extremos y estructuras horizontales trianguladas
Estas estructuras permiten obtener plantas diáfanas de grandes dimensiones; pero el gran canto de las estructuras horizontales
de las plantas exige alturas entre plantas elevadas.
Es frecuente que debido al canto exigido por las vigas principales se haga coincidir este con la altura de una planta, con lo que el
edificio cuenta con plantas diáfanas y plantas englobadas en la celosía.
9.1.3.8. Pórticos rígidos y plantas colgadas
A diferencia de los casos anteriores el atirantado de las estructuras horizontales de las plantas se produce desde vigas gran canto,
planas o espaciales, que configuran pórticos rígidos con soportes o núcleos verticales extremos. Las plantas no apoyan en los
soportes, sino que cuelgan de bordes opuestos, por lo que su comportamiento estructural es más homogéneo.
9.1.3.9. Pórticos rígidos y plantas apoyadas
Las estructuras horizontales de las plantas son sustentadas por soportes verticales que surgen de vigas espaciales de gran canto
que configuran pórticos rígidos con los núcleos verticales. Las plantas no apoyan en los núcleos, sino que apoyan en pórticos
situados en bordes opuestos cuyo comportamiento estructural es homogéneo.
9.1.3.10. Núcleos rígidos y plantas colgadas y apoyadas desde cable colgante
Este tipo estructural aprovecha el mejor comportamiento de los sistemas colgantes con gran flecha.
Las estructuras horizontales de las plantas cuelgan de tirantes pendientes de cables colgantes paralelos o se apoyan en soportes
sustentados sobre los mismos cables. El cálculo y el diseño de esta estructura debe ser cuidadoso en la determinación de los
estados de carga ya que sus variaciones producen tensiones de segundo orden en el cable colgante por la limitación de variación
de forma de la directriz.
En general parte de la estructura horizontal de cada planta está colgada y parte está apoyada, lo que debe ser tenido en cuenta
en su diseño utilizando juntas en los puntos en los que el comportamiento cambia o rigidizando la estructura.
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El cable colgante produce tensiones horizontales extremadamente grandes en los puntos de anclaje, que no pueden ser
habitualmente compensadas mediante atirantado desde el terreno, por lo que para resistirlas se utiliza una estructura horizontal
de acodalamiento entre los núcleos de anclaje. Esta estructura permite aumentar la rigidez transversal del conjunto.
9.1.3.11. Retícula rígida
El sistema consiste en una retícula estructural rígida formada por soportes y vigas. La resistencia a fuerzas horizontales se confía a
todos los elementos. Es un tipo habitual en edificios con estructura de acero con menos de 30 plantas.
9.1.3.12. Retícula rígida con vuelos
9.1.3.13. Placas planas y soportes rígidos
El sistema consiste en placas horizontales unidas a soportes verticales. La resistencia a fuerzas horizontales se confía a ambos
elementos. Si el número de plantas es pequeño y los esfuerzos horizontales son reducidos las placas pueden ser planas. En otros
casos son necesarias vigas de canto, nervios o capiteles rigidizantes.
Este tipo es muy común y tiene el máximo grado de eficiencia en edificios con estructura de hormigón armado de menos de 20
plantas.
9.1.3.14. Núcleo y retícula rígida
La colaboración de núcleos rígidos vinculados a los sistemas de comunicación vertical y acondicionamiento ambiental para la
resistencia de los esfuerzos horizontales en los edificios de pisos mejora notablemente la eficiencia estructural sin producir
problemas adicionales, ya que tales elementos resultan convenientes para los servicios mencionados y en general permiten
satisfacer otros requerimientos vinculados a la seguridad, especialmente a la protección contra incendios.
9.1.3.15. Retícula rígida y paredes de arriostramiento
En estas estructuras la misión de resistir los esfuerzos horizontales se comparte entre la estructura reticular y paredes resistentes,
normalmente de hormigón armado. Las paredes de arriostramiento son perpendiculares a las fachadas de mayor dimensión del
edificio, dirección en la que los esfuerzos horizontales son máximos y la resistencia a ellos de la estructura retícular mínima.
9.1.3.16. Retícula rígida con planos verticales triangulados
Estas estructuras trabajan de forma similar a la las que cuentan con paredes de arriostramiento.
La misión arriostrante es realizada en éstas por planos verticales formados por soportes, vigas y elementos inclinados que
configuran una suerte de vigas-ménsula de celosía vertical empotradas en el suelo.
9.1.3.17. Retícula y núcleo con diafragmas de arriostramiento horizontales
Los diafragmas de arriostramiento están formados por una celosía espacial que vincula retícula y núcleo en la coronación o en
varias alturas del edificio con objeto de obtener un trabajo solidario de ambos componentes.
El rango de eficacia de este tipo estructural se sitúa entre las 40 y 60 plantas en estructuras de acero.
9.1.3.18. Retícula y tubo reticular
En las estructuras de retícula y tubo los elementos estructurales verticales y horizontales situados en las fachadas del edificio
están muy próximos y constituyen un tubo formado por planos verticales de gran rigidez. El tubo exterior resiste los esfuerzos
horizontales dejando a la retícula estructural interna la transmisión de los esfuerzos gravitatorios.
La concepción de este tipo parte de reducir los efectos de los esfuerzos horizontales sobre los elementos estructurales internos
para concentrarlos en las fachadas, en las que el propio cerramiento supone un límite físico de cuya expresión espacial supera a la
de la estructura vinculada a él.
Este tipo alcanza su mayor rango de eficacia entre las 60 y 80 plantas en estructuras de acero.
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9.1.3.19. Tubo dentro de tubo reticular
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Se trata de estructuras cuya estructura está formada por dos tubos rígidos concéntricos formados por elementos verticales y
horizontales próximos. El tubo exterior se sitúa en la fachada y el interior recoge el núcleo de comunicación vertical y
canalizaciones de servicios.
Con este tipo se pueden alcanzar las 90 plantas.
9.1.3.20. Tubo triangulado
La utilización de un tubo exterior triangulado permite aumentar la resistencia de la estructura a los esfuerzos horizontales y
aumentar la distancia de la retícula de la fachada que resulta más diáfana. El considerable tamaño de los elementos diagonales de
la triangulación da lugar a zonas de fachada opacas que varían en cada planta, lo que dificulta la organización si el edificio está
muy compartimentado.
Con este tipo estructural se han superado las 100 plantas.
9.1.3.21. Agrupación de tubos reticulares
Durante varios decenios el edificio SEARS de Chicago mantuvo su primacía en altura mediante este sistema que confía la
resistencia a los esfuerzos horizontales a un conjunto de planos verticales rígidos situados en direcciones ortogonales. Formados
por soportes y vigas próximos configuran una agrupación de tubos dotada de enorme rigidez y con alta eficiencia mecánica.
El sistema permite superar las 110 plantas.
9.1.3.22. Agrupación de tubos triangulados
Las estructuras formadas por agrupaciones de tubos triangulados constituyen el tipo estructural más eficiente en estructuras de
pisos de gran altura.
A su eficiencia mecánica añaden una estilización plástica acorde con su esbeltez y su posibilidad de afinar su estampa mediante la
reducción progresiva de tubos en su ascenso.
Aunque se han estudiado desarrollos para edificios de más de 140 plantas e incluso hay un proyecto de edificio en la bahía de
Tokio de 1000m de altura, los edificios construidos con este sistema no han superado la altura de los realizados con agrupación
de tubos reticulares.
9.1.4. Subsistemas y componentes
En relación con la organización estructural, las funciones mecánicas y la propia configuración geométrica distinguimos tres
subsistemas:
• Subsistemas de transmisión horizontal para cargas gravitatorias.
• Subsistema de transmisión vertical de cargas gravitatorias.
• Subsistema de arriostramiento.
9.1.4.1. Subsistema de transmisión horizontal
Recibe las cargas gravitatorias y las transporta hasta el subsistema de transmisión vertical. Está formado por elementos
supeficiales y lineales horizontales. A continuación se detallan los tipos mas habituales y sus componentes.
9.1.4.1.1. Sistemas sin vigas
La construcción industrializada raramente utiliza elementos superficiales horizontales bidireccionales por las limitaciones
dimensionales que implica y la dificultad de desarrollar sistemas eficientes. No obstante son habituales estructuras mixtas con
placas horizontales continuas de hormigón armado que transmiten las cargas directamente a los soportes. En edificios de poca
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
ia
altura las placas pueden ser realizadas directamente en el suelo utilizando la solera de la planta baja como base y elevadas
mediante gatos hidráulicos a su posición definitiva.
Las luces habituales están comprendidas entre 6 y 10 metros y los espesores entre 25 y 40 cm.
9.1.4.1.2. Sistemas con forjados sobre vigas
Corresponden a edificios caracterizados por contar con crujías únicas de gran luz, hasta 30m, sin soportes intermedios. La
separación entre vigas está comprendida entre 1,5 y 3 m. Vigas y soportes tienen dimensiones notables en la dirección de
transmisión de los esfuerzos y reducidas en la transversal. Es un tipo muy utilizado en construcción industrializada metálica. El
canto de las vigas está comprendido normalmente entre los 35 y 70cm, lo que permite la utilización del espacio definido por las
vigas para alojar conductos y elementos diversos de las redes de acondicionamiento y servicio.
En los edificios con varias crujías la inexistencia de otro orden de vigas da lugar a un entramado de soportes que dificulta
modificaciones posteriores de la distribución, por lo que debe utilizarse en edificios en los que no sean previsibles dichas
modificaciones.
9.1.4.1.3. Sistemas con vigas en dos direcciones
Constituyen el mayor número de casos. Los sistemas están formados por vigas principales que cargan sobre los soportes,
orientadas normalmente en la dirección longitudinal del edificio y vigas secundarias, más ligeras que cargan sobre las anteriores.
Las dimensiones habituales están comprendidas entre 6 y 12 m. Para las jácenas y 7 a 20 m. Para las vigas secundarias. La distancia
entre vigas secundarias no corresponde a la distancia entre soportes.
Los soportes no tienen que estar situados en la malla definida por los dos órdenes de vigas, de hecho la coincidencia puede
producir problemas para el paso de las redes de servicios y complicar las uniones.
Las vigas pueden tener características diversas dependiendo de las luces, las limitaciones de altura, y las necesidades de espacio y
pasos para las redes de servicios.
Perfiles laminados tipo I, perfiles alveolados y vigas trianguladas son habituales en este tipo.
En general se prefiere que los dos órdenes se superpongan por la mayor facilidad de montaje; peor la utilización de elementos
enrasados permite reducir el canto total y realizar uniones rígidas.
9.1.4.1.4. Sistemas con triple orden de vigas
Se utilizan cuando son necesario espacios libres con grandes dimensiones en las dos direcciones y un escaso número de soportes.
Al menos el primer orden y en muchas ocasiones también el segundo están formados por vigas trianguladas.
9.1.4.1.5. Sistemas mixtos
Es muy habitual que los edificios utilicen combinaciones de diferentes sistemas para responder a sus exigencias específicas.
9.1.4.1.6. Sistemas en edificios no ortogonales
En edificios con plantas trapezoidales o basadas en mallas triangulares existen habitualmente varias posibilidades de
organización:
La ortogonal aprovecha los elementos tipificados habituales, pero resulta contradictoria geométricamente y conduce a
soluciones poco agraciadas en los encuentros no ortogonales de algunos elementos.
La utilización de malla bidireccionales no ortogonales permite una configuración general más limpia, pero la utilización de
elementos tipificados ortogonales produce encuentros difíciles en todos los extremos.
La utilización de mallas tridireccionales se antoja la solución más idónea; pero la necesidad de elementos específicos para las
placas de suelo dificulta la utilización en edificios de pequeño tamaño y en cualquier caso resulta la solución más cara.
En edificios con directriz curva los problemas son similares, pudiéndose optar por soluciones ortogonales o radiales.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
9.1.4.2. Subsistema de transmisión vertical de cargas
ia
La solución mecánicamente más eficiente para trasladar los esfuerzos al terreno es la que utiliza un recorrido más corto. Sin
embargo la razón de ser de la arquitectura es generar espacios y por lo tanto desviar las cargas de la vertical gravitatoria par
generarlo. No podemos por tanto escandalizarnos de la variedad de formas de transmisión que se han llegado a utilizar, que salvo
excepciones responden a razones específicas y no a decisiones gratuitas.
En gran parte de los casos las soluciones que evitan la transmisión directa tienen como objetivo la consecución de espacios
diáfanos, principalmente en la planta baja, pero a veces también en plantas superiores. En algún caso las propuestas han
respondido a la voluntad de construir un edificio mutable.
En cualquier caso debemos mantener como principio básico la economía de medios, para poder en todo caso conocer el
rendimiento comparado de las diferentes soluciones.
La transmisión vertical directa de cargas se produce a través de muros, soportes y núcleos verticales. Entre ellos sólo los segundos
se realizan con elementos estructurales de acero, mientras los muros y los núcleos son esencialmente de hormigón armado,
aunque en algunos casos incluyan elementos de acero laminado.
Los soportes de acero se construyen a partir de perfiles de acero laminado, cuya geometría es modificada mediante mecanizado,
cortado y adición de piezas mediante soldadura, cuando existen elementos base tipificados. Cuando las dimensiones de los
elementos resultantes resultan muy superiores a las de los elementos comerciales, o cuando la geometría exige un desperdicio
considerable de los perfiles base los elementos se realizan a partir de palastro de acero laminado.
Cuando el sistema horizontal utiliza placas planas los soportes deben contar con capiteles cuya misión es evitar el
punzonamiento de la placa por el soporte. Normalmente se utiliza una chapa inferior con refuerzos superiores mediante perfiles
laminados.
9.1.4.2.1. Muros de carga paralelos
9.1.4.2.2. Núcleo y fachadas de carga
9.1.4.2.3. Cajas autoportantes
La transmisión vertical de cargas se puede producir a través de las paredes de los elementos modulares o a través de estructuras
complementarias.
En el primer caso el carácter tipificado de los elementos obliga a que la capacidad resistente de las paredes de los elementos
permita su apilamiento. Esta resistencia adicional no implica sobredimensionamiento de la estructura de los módulos en edificios
de pocas plantas, (consultar características específicas), por no sobrepasarse normalmente las exigencias mecánicas de los
procesos de fabricación, transporte y montaje.
Cuando los elementos pueden ser colocados en posiciones no coincidentes se debe comprobar la resistencia de las estructuras
de los módulos en los puntos en que se producen acumulaciones de cargas verticales. En estos casos la mayor diversidad de
propuestas aumenta la complejidad de los sistemas de comunicación y de servicios del edificio.
Para la construcción de paredes resistentes se utilizan preferentemente perfiles laminados en frío o realizados mediante chapa
plegada.
La utilización de estructuras complementarias permite evitar el sobredimensionamiento generalizado de la estructura interna de
los módulos, aunque sigue existiendo redundancia estructural. La estabilidad de la estructura complementaria puede depender
del arriostramiento de los elementos modulares o ser independiente de ellos. Esta segunda opción sólo está justificada por la
posibilidad de extraer parcialmente los elementos modulares, propuesta muchas veces planteada que no se ha llevado nunca a
cabo, ya que complica enormemente todo el sistema.
Las estructuras complementarias utilizan perfiles laminados en caliente en los miembros principales y de chapa plegada en los
elementos destinados al enlace con los módulos.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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9.1.4.2.4. Núcleo rígido con plantas planas voladas
El núcleo vertical puede estar constituido por muros de hormigón armado, formado por estructura metálica o ser mixto. En todos
los casos es conveniente la compensación de los vuelos y la continuidad del elemento configurador de éstos para reducir
tensiones tangenciales en los elementos verticales del núcleo.
9.1.4.2.5. Núcleo rígido con subestructuras horizontales espaciales voladas
Aunque las características espaciales difieren mucho respecto al caso anterior, las características del núcleo y las exigencias al
mismo son similares. Cambia el estado tensional de los soportes o del núcleo y los nudos en los que se sustentan los vuelos
experimentan alternativamente tensiones de compresión y tracción que deben ser resistidas, o mejor compensadas.
9.1.4.2.6. Núcleo rígido con subestructuras horizontales espaciales apoyadas y colgadas
En estas estructuras la distancia recorrida por las cargas hasta el terreno se dobla respecto a los sistemas de transmisión directa,
por lo que el rendimiento mecánico disminuye de forma notable.
Los elementos que configuran el núcleo, de hormigón armado o metálicos deben trasladar al terreno las cargas del edificio
transmitidas directamente a y las correspondientes a los elementos traccionados de borde, que la transmiten a través de sistemas
tracto-comprimidos con características diversas.
Estas estructuras se realizan con perfiles laminados en caliente.
9.1.4.2.7. Núcleos extremos y estructuras horizontales trianguladas
A diferencia de las anteriores, en esos sistemas la subestructura horizontal no transmite a la vertical esfuerzos horizontales, por lo
que ésta debe resistir exclusivamente los gravitatorios y eventualmente los que atendiendo al diseño correspondan a sismo y
viento. La rigidización que producen las estructuras horizontales mejora el comportamiento mecánico se los soportes al reducirse
el efecto de pandeo.
9.1.4.2.8. Pórticos rígidos y plantas colgadas
De forma similar a los edificios con núcleo una estructura horizontal biempotrada, normalmente triangulada, transmite las cargas
recibidas de los tirantes a los soportes o núcleos extremos. A medida que aumenta el número de soportes los efectos sobre ellos
debidos al pandeo aumentan.
9.1.4.2.9. Pórticos rígidos y plantas apoyadas
Es una solución alternativa a la anterior en la que se evitan los elementos verticales suspendidos.
El aumento de sección de los elementos verticales respecto a la solución suspendida limita su uso a edificios de pequeña
dimensión y casos especiales.
9.1.4.2.10. Núcleos rígidos y plantas colgadas y apoyadas desde cable colgante
Las características de este tipo son parcialmente coincidentes con las de los tratados anteriormente.
9.1.4.2.11. Retícula rígida
La transmisión vertical de esfuerzos se realiza directamente a través de los soportes.
Es el sistema con mejor rendimiento mecánico en edificios de poca y media altura. A medida que crecen los esfuerzos
horizontales y la altura del edificio la contribución de los soportes a su transmisión de aquellos resulta insuficiente.
Para la fabricación de los soportes se utilizan perfiles laminados simples o compuestos.
9.1.4.2.12. Retícula rígida con vuelos
La estructura de las crujías interiores deben tener rigidez suficiente para resistir las tensiones producidas por los elementos
volados, que deben enlazar directamente con los soportes, excepto si la crujía interior aporta la rigidez suficiente o los vuelos
están compensados y existe continuidad en los elementos que configuran las ménsulas.
9.1.4.2.13. Placas planas y soportes rígidos
El sistema constituye un caso especial del sistema de retícula rígida en el los elementos horizontales de la retícula han sido
sustituidos por placas. Los soportes se construyen habitualmente con la altura de varias plantas y cuentan con los elementos de
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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enlace con las placas. Estos elementos constituyen la parte más delicada al tener que garantizar la transmisión a los soportes de
los esfuerzos verticales y horizontales previstos.
La homogeneidad y la enorme rigidez de la placa en su plano permiten mayor flexibilidad en la posición de los soportes y en la
distribución de cargas.
Aunque las placas más habituales son de hormigón armado existen ejemplos notables de placas nervadas de acero.
9.1.4.2.14. Núcleo y retícula rígida
La vinculación del núcleo a satisfacer todos los requerimientos diferentes del transporte vertical de cargas permite reducir la
rigidez y por tanto la huella de la estructura vertical y obtener espacios más diáfanos.
9.1.4.2.15. Retícula rígida y paredes de arriostramiento o planos verticales triangulados
La utilización de paredes de arriostramiento o planos triangulados tiene la misma finalidad y efectos que el uso de núcleo, los
soportes trasladan sólo esfuerzos verticales y pueden mantener su esbeltez.
9.1.4.2.16. Retícula y núcleo con diafragmas de arriostramiento horizontales
En edificios altos con núcleos distantes de las fachadas las subestructuras horizontales resultan insuficientes para obtener un
arriostramiento eficaz. La rigidización de dichas subestructuras en todas las plantas resulta caro y desproporcionado, pero
además produce una reducción de la altura útil. Por estas razones se plantea la realización de diafragmas de arriostramiento con
la altura de una planta, formados por elementos triangulados. La utilización de estas estructuras se combina habitualmente con la
utilización de las plantas afectadas para albergar equipos de las redes de servicios. De esta forma aparecen dos órdenes de
arriostramiento, el producido en cada planta por la subestructura horizontal y el de oren superior, que afecta a todo el edificio o a
un tramo de él.
9.1.4.2.17. Retícula y tubo reticular
Los soportes de borde están situados muy próximos y enlazados por vigas de borde con gran canto que dan lugar a planos con
enorme rigidez. La unión de estos planos entre sí y a través de las subestructuras horizontales de las plantas produce un conjunto
de enorme rigidez. De esta forma los soportes interiores resisten básicamente esfuerzos gravitatorios.
El diseño del tubo exterior permite soluciones más variadas que otros elementos estructurales por su vinculación con el
cerramiento.
9.1.4.2.18. Tubo dentro de tubo reticular
Al reducirse los elementos estructurales verticales a los dos tubos, el resultado espacial resulta más limpio, no obstante las
subestructuras horizontales de las plantas deben aumentar su rigidez y canto por tener normalmente una luz mayor.
9.1.4.2.19. Tubo triangulado
Las fachadas correspondientes a este tipo estructural adquieren una expresión poderosa, que se corresponde con su considerable
eficiencia mecánica. El arriostramiento que produce la triangulación del tubo exterior libera a la estructura de borde que es más
diáfana. La dificultad que presenta la unión de los miembros inclinados la subestructura del cerramiento ha llevado a
independizar en el borde la estructura arriostrante y el cerramiento, que queda vinculado a las subestructuras vertical y
horizontal.
9.1.4.2.20. Agrupación de tubos reticulares
Como en el caso de los tubos triangulados, la agrupación aumenta la rigidez global y libera las subestructuras de borde de gran
parte de su misión arriostrante, por lo que la fachada es más diáfana. Este tipo no presenta las dificultades de interacción entre
sistemas del anterior.
9.1.4.2.21. Agrupación de tubos triangulados
Constituye una solución híbrida de las dos precedentes, sin afecciones diferenciadas.
9.1.4.3. Subsistema de arriostramiento
La misión de los sistemas de arriostramiento es garantizar la estabilidad del edificio ante esfuerzos horizontales. En los edificios de
pisos los sistemas de arriostramiento deben transmitir al terreno los empujes producidos sobre los cerramientos del edificio al
terreno.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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La transmisión puede realizarse mediante elementos comprimidos, (muros), tracto-comprimidos, (celosías trianguladas) y
flexionados; pero en todo caso se debe conseguir que las tensiones transmitidas puedan ser resistidas y que las deformaciones
producidas en los elementos afectados son compatibles con sus funciones y con los elementos de otros sistemas con los que
interaccionan.
9.1.4.3.1. Arriostramiento horizontal
En los edificios de pisos los empujes horizontales sobre los elementos de fachada pueden ser transmitidos al terreno:
Directamente a través de vigas y soportes enlazados directamente con el cerramiento
A través de sistemas lineales de arriostramiento horizontal que transmitan las tensiones a puntos específicos
Mediante planos rígidos horizontales que pueden transmitir las tensiones y repartirlas a cualquier punto de la planta del edificio.
9.1.4.3.2. Arriostramiento vertical
Los subsistemas de arriostramiento vertical para transmitir las fuerzas horizontales al terreno exigen al menos la existencia de tres
planos rígidos en dos direcciones no paralelas, preferentemente perpendiculares.
Existen formas de conseguir arriostramiento vertical:
• Utilizar estructuras rígidas, que pueden incluir algunas uniones articuladas siempre que existan suficientes uniones
rígidas para asegurar que ninguno de los nudos de la estructura puede moverse. El mecanismo de transmisión de las
fuerzas es de flexión.
• Utilizar estructuras trianguladas en las cuales la limitación de movimiento de los nudos no reside en la rigidez de las
uniones sino en la indeformabilidad geométrica producida por los triángulos formados, que generan una subestructura
tractocomprimida.
Utilizar muros como diafragmas que transmiten las fuerzas de viento al terreno mediante compresión y flexión.
La estabilidad de cualquier estructura plana formada por pórticos exige que como mínimo exista una unión rígida en un vano de
cada nivel. En una estructura espacial se debe garantizar en tres planos situados en dos direcciones, como ya se ha comentado. La
estabilidad máxima se alcanza cuando todas las uniones son rígidas en todas las direcciones.
Las características del edificio y la intensidad de las acciones son datos fundamentales para determinar el grado de rigidez
adecuado para cada edificio. La rigidización de uniones en elementos industrializados exige soluciones más complejas que las
articulaciones o los apoyos y aumenta el tiempo de producción y montaje, por lo que habitualmente se prefiere trasladar la
misión arriostrante a planos o núcleos específicos y liberar al resto de la estructura de la misión arriostrante.
De las características expresadas al explicar los distintos sistemas estructurales podemos deducir la importancia del
arriostramiento en la propia definición de los sistemas.
9.1.5. Elementos estructurales
9.1.5.1. Soportes
Se utilizan fundamentalmente elementos laminados con secciones I y H. También se utilizan en casos especiales, normalmente
por razones estéticas secciones circulares y secciones cuadradas, rectangulares o en cruz realizadas mediante uniones soldadas.
Cuando se necesita una capacidad de carga superior a la resistida por los perfiles comerciales o existen limitaciones
dimensionales se refuerzan los perfiles mediante chapas soldadas o atornilladas a las alas de los perfiles sobre sus lados o sobre
los cantos
Cuando la intensidad de los esfuerzos supera las capacidades de los perfiles comerciales reforzados se configuran elementos
mediante chapa soldada cuyo espesor mínimo es de 8mm y puede llegar a los 10cm.
La utilización de soportes dobles o múltiples, formados por perfiles simples unidos chapas soldadas periódicamente, permite
conseguir continuidad en vigas y soportes sin necesidad de realizar uniones rígidas. Esta solución era habitual hasta los tiempos
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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recientes ya que la continuidad en todas las direcciones producía un ahorro de material próximo al obtenido mediante uniones
rígidas, sin los inconvenientes de diseño, cálculo y ejecución de ese tipo de uniones.
Actualmente se opta cada vez más por las estructuras rígidas ya que el componente del precio más sensible es el costo de la
mano de obra.
Las uniones entre soportes y entre soportes y cimientos se realiza mediante la interposición de placas de acero a las que se
sueldan los perfiles y chapas de refuerzo. La rigidización de las uniones exige habitualmente utilizar cartelas soldadas en los
ángulos.
Habitualmente las uniones realizadas en taller se ejecutan mediante soldadura; mientras las que se realizan en la obra utilizan
uniones mecánicas mediante tornillos de alta resistencia, por las dificultades que presenta la obra para la ejecución de uniones
soldadas con suficiente precisión.
Además de los soporte simples y múltiples pueden utilizarse elementos constituidos por celosías planas o espaciales; pero son
infrecuentes en edificios de pisos y habitualmente responden a razones de índole compositiva.
9.1.5.2. Vigas
Las vigas utilizan preferentemente perfiles I, cuyo diseño corresponde justamente con el trabajo de flexión simple. En los bordes
del edificio se utilizan muchas veces perfiles C por presentar una cara plana hacia el exterior a la que unir elementos estructurales,
de cerramiento o de otros sistemas edificatorios.
Como en el caso de los soportes los perfiles básicos pueden reforzarse mediante chapas soldadas o mediante perfiles, así como se
pueden configurar vigas con mayor capacidad de carga mediante soluciones compuestas mediante diferentes perfiles y chapas.
Cuando las cargas recibidas por las vigas son de gran entidad se utilizan vigas configurada mediante chapas soldadas,
caracterizadas por su gran canto y la utilización de rigidizadores de alma.
Las características de las uniones entre vigas o entre vigas y soportes permite definir su grado de rigidez y limitar los tipo se
intensidades de los esfuerzos transmitidos.
Los elementos estructurales de acero permiten el paso a través de su alma de conducciones de los sistemas de servicios siempre
que se refuerce el alma en dicho punto si la perforación disminuye la resistencia a un grado inferior a la exigencia mecánica
correspondiente.
Además de las vigas de alma llena formadas por perfiles, perfiles reforzados o vigas armadas son utilizables las vigas Vierendeel, y
las vigas de celosía triangular planas y espaciales, ya comentadas la tratar de las estructuras de grandes luces.
La utilización de vigas alveoladas o alveoladas peraltadas tuvo justificación en tiempos pasados con objeto de aumentar su
rigidez sin incrementar el peso. Actualmente el costo de ejecución del corte y la posterior soldadura raramente compensan el
sobrecosto producido por un incremento de material por lo que resulta infrecuente.
Una práctica común es configurar vigas mixtas mediante la colaboración mecánica de los elementos lineales de la subestructura
horizontal y el hormigón armado del forjado o de la placa de piso. Esta solución se aplica especialmente al último orden de vigas
y se obtiene mayor eficiencia mecánica y reducción del canto estructural total. La colaboración se asegura mediante la utilización
de conectores de cortante.
9.1.5.3. Forjados
Los sistemas estructurales sin vigas utilizan placas de hormigón armado macizas o aligeradas de 20 a 40 cm. de espesor. Son
habituales en edificación residencial y cuentan con revestimientos superiores e inferiores directos, sin existencia de cámaras. En
Estados Unidos estas placas se arman habitualmente con armaduras activas postesas.
En estructuras con envigado horizontal y luces de hasta 6 m. se utilizan placas macizas de poco espesor, sobre 10 cm formando
estructuras mixtas. Su uso es habitual en edificios de oficinas y usos terciarios. Por exigencias acústicas deben ser
complementadas con techos suspendidos.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
ia
La utilización de placas alveolares de hormigón armado en estructuras de acero es frecuente; aunque la reducida base que
proporcionan las alas de los perfiles I dificultan la configuración de una cadena de atado bien conectada con la viga metálica
constituyendo una viga mixta, por lo que se está derivando hacia la utilización de forjados formados por prelosas de hormigón
pretensado prefabricadas, con bloque aligerante de poliestireno y capa de compresión de hormigón armado. Con las prelosas es
posible constituir vigas mixtas con una amplia cabeza de compresión de hormigón armado.
Los sistemas más habituales en edificios con estructura metálica son los forjados mixtos formados por losa de hormigón armado
conectada con lámina de chapa perfilada que a su vez sirve le sirve de encofrado. Este sistema es más versátil, rápido, seguro y
económico que los que utilizan encofrado independiente, por lo que el rango de utilización es superior. Para la base de chapa se
utilizan chapas simples de diferentes tipos y chapas dobles, que permiten obtener canales por los que distribuir redes de
servicios.
, , , arriostramientos, elementos auxiliares
Procesos de producción, transporte y montaje
Técnicas: Uniones y juntas, compatibilidad. Materiales.
Criterios de utilización. Patología.
9.2.
ESTRUCTURAS INDUSTRIALIZADAS DE HORMIGÓN ARMADO Y PRETENSADO
9.2.0. Conceptos
Los primeros pasos en la construcción con hormigón armado correspondieron a elementos aislados, prefabricados, producidos
fundamentalmente para sustituir a elementos de madera, piedra o cerámica. Sin embargo la propia esencia del material de
integrar las capacidades mecánicas y constructivas de hormigón y acero llevó al nuevo material hacia la confección de sistemas
estructurales complejos y extensos, basados en el incremento de capacidad mecánica producido al configurar una masa activa
continua mediante simple solape de barras de acero en el interior de la matriz hidráulica, de alcanzar el monolitismo de una
manera abrumadoramente simple.
Como principal inconveniente competitivo frente a la ventaja de la continuidad se ha presentado siempre la necesidad de
configurar el molde, encofrado, para cada elemento en su posición definitiva. Sin embargo el utillaje de encofrado, las técnicas de
puesta en obra, los equipos auxiliares y los medios de seguridad han avanzado con más vigor que los correspondientes a la
producción industrializada de elementos de hormigón armado. Como resultado las estructuras industrializadas de hormigón
armado han visto reducido su campo de utilización a algunos sectores y tipologías constructivas en los que la construcción “in
situ” se muestra menos eficiente: estructuras de espacios altos, elementos estructurales con gran canto y elementos superficiales
con acabado visto, etc.
Mientras en los años 50 y 60 del siglo pasado el costo y la capacidad de producción constituyeron los factores fundamentales del
desarrollo de la producción industrializada de estructuras y edificios prefabricados con hormigón armado, hoy lo son la garantía
de calidad, la simplificación de las operaciones en obra y la seguridad.
9.2.1. Exigencias
Las exigencias específicas que se imponen a las estructuras prefabricadas de hormigón armado y pretensado son las siguientes:
• Rapidez en las operaciones de montaje y desvinculación de los equipos de elevación en la obra.
• Competitividad en el binomio costo-seguridad.
• Garantía de calidad en los elementos vistos.
Aunque la reducción del tiempo de construcción favorece a las estructuras de hormigón armado prefabricadas, la dificultad de
obtener las ventajas de dicha reducción debido a los múltiples factores que afectan al tiempo de ejecución restan valor a este
factor, cuando no lo invierten. La dificultad de programar los plazos de una obra, especialmente su inicio, conduce en muchos
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
ia
casos a renunciar a la utilización de sistemas industrializados por la dificultad de garantizar el suministro dentro de unos plazos
habitualmente cortos.
El aumento de las exigencias de seguridad ante sismos resulta muy perjudicial para las estructuras prefabricadas de pisos de
hormigón armado, por el aumento de complejidad de las uniones.
La construcción industrializada de de estructuras de hormigón armado y pretensado exigen la realización de un proyecto
cuidadoso y optimizado ya que las soluciones singulares y las modificaciones producen graves reducciones de eficiencia en todos
los momentos del proceso productivo.
Un inconveniente grave de la construcción industrializada de hormigón armado y pretensado es la dificultad de establecer un
marco de competencia entre empresas ya que la utilización por parte de las empresas de elementos específicos y patentados
condiciona el proyecto desde los primeros croquis.
Las exigencias mecánicas favorecen la utilización de elementos estructurales pretensados por la considerable reducción de
volumen y de flecha que pueden producir en edificios con luces medias y altas; pero sólo son aprovechables en edificios con
sistemas de acondicionamiento climático o con redes de instalaciones complejas debido al incremento del canto total que
producen los apoyos de las losas y placas de forjado en las vigas.
La utilización de estructuras industrializadas de hormigón armado y pretensado exige un estudio detallado de las tolerancias
dimensionales y su afección al diseño y la ejecución del resto de elementos que interaccionan con la estructura, cuyas tolerancias
dimensionales deben asumir las que pueden producirse en la ejecución de la estructura. En caso contrario la determinación
dimensional real de los elementos afectado sólo puede realizarse tras el montaje de la estructura, lo que produce un retraso
relativo. El montaje en la obra debe ser cuidadosamente realizado y controlado ya que es frecuente que se superen las tolerancias
previstas.
Las estructuras industrializadas de hormigón armado y especialmente las de hormigón pretensado son poco flexibles y admiten
modificaciones muy limitadas, hecho que debe ser tenido en cuenta en edificios en los que se producen frecuentes
modificaciones vinculadas al uso.
Respecto a la capacidad de desmontaje y de reciclaje las estructuras de hormigón armado y hormigón pretensado tienen un
rendimiento asimilable al de las estructuras realizadas “in situ” si bien es posible en los casos de estructuras isostáticas la
reutilización de elementos y no sólo de los materiales componentes.
9.2.2. Tipologías estructurales
Las estructuras industrializadas de hormigón armado y pretensado para edificios de pisos utilizan componentes diseñados con un
bajo grado de especificidad, por lo que con excepción de los sistemas definidos para la construcción de viviendas no existen
sistemas o elementos correspondientes a tipologías edificatorias concretas. No obstante si se puede analizar la utilización de
estos sistemas industrializados en diferentes tipologías edificatorias.
9.2.2.1. Hospitales
Aunque en nuestro entorno no se han utilizado estructuras industrializas de hormigón armado y pretensado en edificios
sanitarios, la utilización en otros países de nuestro entorno físico, económico y cultural ha sido habitual cuando se ha optado por
edificios de baja altura. En ellos, las ventajas de alcanzar mayores luces con incrementos dimensionales limitados resulta
interesante y el canto global del sistema no produce inconvenientes.
En estos edificios se utilizan vigas con sección I, L y T invertidas y placas alveolares o TT.
9.2.2.2. Hoteles y residencias
Tampoco se han utilizado estructuras industrializadas de hormigón en edificios hoteleros y residencias, aunque resulta una
tipología especialmente adecuada por la reiteración espacial y las exigencias de las redes de servicios, Además las estructuras
prefabricadas permiten alcanzar una mayor homogeneidad estructural entre las áreas residenciales y las destinadas a reuniones,
celebraciones y actos sociales.
Los componentes más habituales son los mencionados para hoteles.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
9.2.2.3. Vivienda
ia
La vivienda con elementos de hormigón armado ha sido objeto de múltiples desarrollos industriales, aunque en España no han
alcanzado nunca los volúmenes de las operaciones realizadas en otros países. Actualmente se realizan muy pocas operaciones
con estructuras prefabricadas. La mayor parte de los procedimientos desarrollados utilizan paneles estructurales para configurar
cerramientos y divisiones verticales y horizontales. De esta manera se obtiene una eficiencia máxima al utilizar elementos
multifuncionales y se evitan las interferencias entre los diferentes sistemas.
Estos sistemas tienen el inconveniente de su rigidez espacial, que dificulta la superposición de diferentes usos: garajes con
viviendas y garajes con locales y viviendas principalmente. La abundante división correspondiente al uso residencial da lugar a un
elevado grado de capacidad de carga vertical y de arriostramiento.
La escasa utilización de sistemas prefabricados está relacionada también con otras causas como el tamaño reducido de las
operaciones, que impiden alcanzar series mínimas; o la escasa repercusión del costo de construcción en el precio de la vivienda,
que desincentiva la innovación o la adopción de decisiones que implican riesgo.
9.2.2.4. Oficinas
Las estructuras prefabricadas de hormigón armado y pretensado permiten conseguir amplios y luminosos espacios diáfanos sin
incrementar notablemente el volumen de la estructura respecto a la construcción “in situ”. La utilización habitual de instalaciones
de climatización y de otros servicios integrados en techos suspendidos registrables y de divisiones desmontables modificables
dan un mayor grado de coherencia a la utilización de estructuras industrializadas.
Se utilizan sistemas formados por vigas I o rectangulares y placas de forjado de los tipos indicados anteriormente.
9.2.2.5. Edificios comerciales
La mayor altura de los espacios albergados respecto a las tipologías precedentes proporcionan mayor justificación a los sistemas
prefabricados. En estos edificios es infrecuente la existencia de techos suspendidos por la necesidad de acceder hasta el sistema
estructural para suspender de él elementos decorativos, de señalización o incluso los objetos expuestos; hecho que favorece
contar con elementos prefabricados con acabado superficial digno.
9.2.2.6. Aparcamientos
Como en los edificios comerciales la ventaja de contar con acabados estructurales dignos sin intervención posterior aumenta el
rendimiento de los sistemas industrializados de hormigón armado y pretensado.
9.2.2.7. Elementos de contención
En los últimos años se puede comprobar una utilización creciente de sistemas prefabricados de contención del terreno en
sótanos de edificios justificada por el aumento de seguridad de ejecución que produce respecto a las soluciones tradicionales
para realizar muros “in situ” a dos caras o contra el terreno. Estas soluciones son utilizables cuando la profundidad del sistema de
contención no sobrepasa la dimensión de transporte y montaje de las piezas y el terreno presenta un grado de estabilidad
suficiente para garantizar la realización segura del montaje.
Deben mejorarse las técnicas de drenaje de trasdós y de estanqueidad de juntas para evitar riesgos personales durante la
colocación de los elementos necesarios.
9.2.3. Sistemas y tipos
9.2.3.1. Porticados
Son los sistemas más versátiles, ya que la distribución de espacios está condicionada exclusivamente por elementos puntuales,
soportes, y por unos pocos elementos de arriostramiento cuya posición puede compatibilizarse con las necesidades de
organización espacial. Utilizan preferentemente soportes de sección cuadrada y vigas con secciones T invertida, L invertida e I
cuando las cargas y las luces son grandes. Los planos horizontales se realizan mediante placas alveolares, placas TT y prelosas.
aligeradas y macizas con cara inferior plana y nervada.
Son sistemas muy usuales para cualquier tipología edificatoria que no tenga un elevado número de plantas ya que la rigidización
de los nudos exige labores en obra o elementos auxiliares costosos.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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Estos sistemas obtienen ventajas competitivas cuando se precisan plazos de montaje cortos y cuando las alturas de las plantas
superan la dimensión de los puntales utilizados habitualmente, aproximadamente 4,5m. También tienen ventajas por la menor
necesidad de medios auxiliares para garantizar la seguridad durante la construcción.
El aumento de las exigencias de resistencia a los sismos ha producido un aumento del costo de los sistemas industrializados.
9.2.3.2. Reticulares
Las primeras soluciones constructivas realizadas con hormigón armado tenían cierto carácter reticular e industrializado, (patentes
Ransome, etc.)
A pesar del atractivo que presenta la resolución de la planta edificatoria con elementos sustentados directamente en los soportes
no se han generado sistemas bidireccionales industrializados con hormigón armado por la dificultad en el transporte y manejo de
elementos con dos dimensiones amplias. Los pocos casos en que se han utilizado estos sistemas han respondido a exigencias
fundamentalmente formales y se han prefabricado directamente en la obra. Estos sistemas dan lugar a nudos complejos en su
unión con los soportes, que deben contar con un capitel amplio bidireccional.
9.2.3.3. Paneles
Los sistemas basados en la utilización de paredes resistentes formadas por paneles prefabricados experimentaron un desarrollo
exponencial tras la Segunda Guerra mundial, debido al apoyo gubernamental ofrecido en Europa, cuyas ciudades exigían una
producción de viviendas no realizable mediante los procedimientos tradicionales.
Estos sistemas aprovechan la sinergia que produce la doble misión como estructura y cerramiento y la consecuente simplificación
del número de tareas en la obra. Se eliminan además los obstáculos que suponen los soportes y las vigas en la distribución de
espacios pequeños y en la homogeneización del comportamiento de los cerramientos. La velocidad de construcción respecto a
los sistemas tradicionales es muy superior y existe mayor garantía de un comportamiento homogéneo de todas las unidades de
uso.
Producen en contrapartida una limitación casi total de la flexibilidad para modificar la organización espacial interna y pierden
gran parte de su eficiencia cuando deben interaccionar con otros sistemas, como ocurre cuando se superponen usos diferentes,
(vivienda, locales comerciales, oficinas y garajes), hecho que es muy común en nuestras ciudades.
La distancia entre los centros de producción y los lugares de montaje y las características de las vías de comunicación tiene una
gran influencia en el rendimiento final.
Un inconveniente importante reside en la compatibilización del montaje estructural con la ejecución de los restantes sistemas
edificatorios, ya que es difícil conseguir mantener una continuidad de montaje debido a la necesidad de contar con un elevado
número de operarios para realizar las tareas correspondientes a los restantes sistemas. Como resultado, gran parte de la reducción
de plazo obtenible con estos sistemas estructurales solo puede ser aprovechada mediante una organización de la producción
más compleja, que considere la participación de diferentes suministradores para un mismo servicio o desarrollo de sistema. En los
tiempos de auge de estos sistemas la totalidad de las tareas eran desarrolladas por operarios de la misma empresa, por lo que la
coordinación resultaba más sencilla. Además en aquellos tiempos el desarrollo de los sistemas de servicios era muy limitado,
mientras actualmente los cambios se producen con frecuencias inferiores al año.
En sentido inverso la mejora de la maquinaria de elevación y los avances en la soldadura en obra simplifican los sistemas de
sujeción y conexión de los elementos, proporcionando la mejora del rendimiento.
9.2.3.4. Módulos espaciales
Experimentaron un notable desarrollo durante los años 70 y 80, aunque en general vinculados a iniciativas públicas en
propuestas no sometidas a la obtención de rendimientos económicos competitivos respecto a otros modelos constructivos.
El utillaje precisado para la producción de módulos espaciales es costoso, muy específico y con poca versatilidad para producir
elementos con diferencias dimensionales. El manejo de los elementos es complicado, se requieren medios poderosos y
responden con dificultad a las limitaciones correspondientes a las normativas de tráfico relativas al transporte de mercancías.
Resultan por ello poco competitivos respecto al resto de sistemas industrializados de hormigón, hasta el punto que su utilización
actual puede considerarse anecdótica.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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En operaciones de gran volumen soluciones de producción en obra con un elevado grado de industrialización que utilizan
encofrados deslizantes y sistemas túnel proporcionan rendimientos superiores al no exigir instalaciones fijas ni medios de
elevación y transporte especiales.
En los últimos decenios se han desarrollado propuestas que utilizan módulos espaciales de hormigón armado vinculados a
espacios de servicio, (baños, cocinas), en el que puede ser un camino de integración constructiva competitivo y eficiente.
9.2.3.5. Sistemas mixtos acero-hormigón
Actualmente es difícil concebir los sistemas de construcción prefabricada de hormigón armado con carácter homogéneo. El
notable desarrollo de los sistemas de conexión entre acero y hormigón armado mediante soldadura y anclajes mecánicos de alta
resistencia ha dado lugar a una construcción híbrida en la que el carácter de cada elemento está determinado por su grado de
eficiencia global, no tan solo mecánica, de forma que en el futuro no será tan clara la caracterización de los sistemas estructurales
atendiendo a un material básico.
Es previsible además la utilización integrada de un mayor número de materiales compuestos y de aleaciones
desarrollados para mejorar los rendimientos correspondientes a sus tareas específicas.
9.2.4. Componentes
9.2.4.1. Cimientos
La utilización de zapatas prefabricadas independientes es inusual. Habitualmente los cimientos se realizan “in situ” y los enlaces
con los soportes se realizan con cálices, cajas o vainas que se rellenan con un mortero sin retracción para conseguir enlaces con la
rigidez prevista. La utilización de placas de anclaje metálicas permite alcanzar un grado de rigidez máximo, pero exige la
intervención de soldadores en fases no habituales.
Existen sistemas que vinculan la zapata con el soporte prefabricado y se emplazan sobre la capa de hormigón de limpieza
mediante barras empotradas en éste que se enlazan a través de cajas en la zona de zapata.
9.2.4.2. Paredes
Aunque pueden utilizarse con fines exclusivamente delimitadores y de cerramiento, es raro el edificio en el que se renuncie a su
potencialidad mecánica como elemento estructural.
Desde los primeros ejemplos de construcción prefabricada de hormigón armado, las paredes han evolucionado hacia la
simplificación en las conexiones, la mejora de su comportamiento ambiental y la capacidad de integración con otros subsistemas,
(carpintería, instalaciones, etc.).
Se procura que la variedad geométrica de elementos sea reducida; aunque los sistemas de montaje de los paneles en las mesas
de prefabricación mediante sujeciones magnéticas han reducido en gran medida los costes correspondientes a los cambios de
modelo.
La utilización de paredes resistentes produce un abaratamiento considerable de la estructura por no exigir elementos lineales
flexionados. Todos los elementos, verticales y horizontales están constituidos por paneles superficiales.
Una gran ventaja de los edificios con paredes estructurales es la gran rigidez e hiperestaticidad, que permite alcanzar una gran
estabilidad de todos los elementos constructivos, (siempre dependiente de las características y de la organización de las
conexiones entre elementos).
9.2.4.3. Soportes
Tienen en general sección cuadrada con lados modulados cada 5 o 10cm. A partir de 40cm. La transmisión de esfuerzos a los
cimientos se realiza mediante los procedimientos indicados anteriormente.
En edificios de pisos los soportes suelen tener una altura de varias plantas y el enlace con las vigas y placas se realiza mediante
ménsulas, que pueden situarse sobre tres de los lados del fuste. También puede realizarse el enlace mediante piezas de acero
atornilladas al fuste. Pueden enlazarse fustes mediante la utilización de barras roscadas, con manguitos, y placas atornilladas o
soldadas; pero exige un replanteo delicado para garantizar la transmisión correcta de esfuerzos y la verticalidad de los soporte,
por lo que se prefiere realizar el fuste de una sola pieza.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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La utilización de soportes en U, H, V, pantallas o cajones, etc. permite mejorar el comportamiento de la estructura ante esfuerzos
horizontales sin tener que recurrir a suplementos metálicos específicos o a la realización “in situ” de núcleos arriostrantes.
Pueden industrializarse soportes con formas diversas sin más limitaciones que las inherentes al material constructivo y los medios
de producción y de transporte y con el sobrecosto que implica la confección de moldes específicos.
9.2.4.4. Vigas
Se utilizan de forma habitual secciones L y T invertida por dar lugar a menores cantos estructurales totales.
Los elementos de pequeño tamaño se construyen con secciones rectangulares y en estructuras de grandes luces se utilizan vigas
con sección I. Las secciones V pueden ser utilizadas en su interior para el paso de conducciones. La anchura de la cabeza de estas
vigas reduce la luz entre ellas y produce una reducción del peso del entrevigado; pero son poco habituales en edificios de pisos.
9.2.4.5. Losas y placas de techo
Los espacios generados se cubren con elementos cuyas características dependen de la luz y la capacidad de carga. En luces
reducidas, normalmente entre 5 y 10m, se utilizan las placas alveolares, que conjugan un canto reducido y caras planas; con luces
mayores se utilizan las placas TT y cuando las luces del envigado son mayores se utilizan las secciones I y V. Tanto las placas TT
como las vigas I y V producen cantos elevados, que se pueden reducir cajeando los extremos de los elementos en los apoyos.
La utilización de prelosas para constituir losas macizas o aligeradas permite conjugar las ventajas de los elementos prefabricados
con el menor costo de transporte y puesta en obra del hormigón y con su capacidad de conseguir uniones rígidas sin piezas ni
tareas específicas.
9.2.4.5. Escaleras
Las losas prefabricadas para escaleras alcanzan rendimientos muy elevados respecto a las realizadas in situ por lo que no resulta
extraña su utilización en estructuras no industrializadas.
La dificultad de las tareas de encofrado y hormigonado de losas de escalera realizadas in situ y la casi imposibilidad de ejecutar in
situ elementos acabados contrasta con la relativa sencillez de la ejecución en taller, donde la construcción invertida de los
elementos permite obtener rendimientos y calidades muy superiores.
Además, los ritmos de ejecución de obra hacen poco operativa la tarea de ejecución de escaleras durante el proceso de
construcción de los elementos horizontales o verticales de las plantas, por lo que el grado de prefabricación de estos elementos
aumentará progresivamente.
En construcciones completamente industrializadas las losas de escalera utilizan los mismos sistemas de conexión estructural que
el resto de los elementos, aunque en ocasiones son necesarios elementos estructurales auxiliares de acero.
La colocación de escaleras simultánea con los elementos superficiales horizontales aumenta de forma sustancial la seguridad de
los operarios, hecho que debe constituir una prioridad en la ejecución edificatoria.
Procesos de producción, transporte y montaje.
Técnicas: Uniones y juntas. Compatibilidad. Materiales.
Criterios de utilización. Patología.
9.3 ESTRUCTURAS INDUSTRIALIZADAS DE MADERA
9.3.0 Conceptos
La construcción con madera se remonta hasta los tiempos primitivos y su evolución a la de las actividades de las culturas que la
han utilizado.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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Es natural que el desarrollo tecnológico de la construcción con madera se haya producido más tempranamente en las regiones en
las que la madera ha constituido la materia prima principal para la edificación, normalmente por su abundancia, aunque también
por su trabajabilidad y capacidad de regulación higrotérmica.
A diferencia del resto de materiales constructivos presentes en la naturaleza, la madera aúna la capacidad de resistir esfuerzos de
tracción y flexión con la de llegar a constituir estructuras rígidas y estables.
En nuestra cultura continental la madera ha tenido un papel fundamental, aunque secundario.
Nuestra arquitectura se ha mostrado siempre revestida de la solidez de la piedra o el ladrillo, aunque con un interior forjado con
entramados de madera. Pocas veces la madera se ha mostrado explícita, las más vinculada a elementos no esenciales de
tipologías vernáculas.
Pero existe una cultura oceánica, resto de la que quizá fue, reducida por la vulnerabilidad al fuego y la violencia, en la que la
madera es protagonista, en cuyos entramados se muestra la maestría de los artesanos del litoral, para los que la armadura de una
casa dista mucho de la complejidad del casco de un navío.
Hoy no queda nada de aquella industria de la madera. Ni la arquitectura ni los barcos cuentan con armaduras de madera. Las
nuevas estructuras de madera exploran aquí tecnologías importadas para nuevos materiales derivados de la madera.
Los nuevos materiales, laminados, aglomerados y paneles, permiten soslayar algunas de las limitaciones del material natural:
dimensiones, heterogeneidad o anisotropía, para adaptarse a nuevas tipologías estructurales antes imposibles.
Actualmente no se construyen edificios de pisos con estructuras completas de madera, excepto en casos singulares vinculados a
programas de formación o promoción de la construcción con madera; además las normativas técnicas de edificación ignoran en
muchos casos la construcción con madera por lo que la utilización de propuestas alternativas a las prescritas tienen gran
dificultad para prosperar aun cuando satisfagan las exigencias de partida.
Como en muchos otros casos la reintroducción de la madera industrializada en la construcción moderna será una tarea lenta que
se apoyará en la superación de los rendimientos globales correspondientes a las soluciones usuales, especialmente de las
exigencias de ecocompatibilidad.
El carácter de material renovable otorga a la madera una posición preferente entre los materiales destinados a la transformación
industrial, posición que ya ostenta actualmente incluso en Europa, donde el consumo llega a doblar el del acero; pero que se
incrementará en la medida en que los valores ambientales es extiendan debido a la globalización social, económica y cultural del
planeta.
Es cierto que la combustibilidad y en cierto grado la sensibilidad a los agentes biológicos produjo una ruptura con la práctica
constructiva con madera, pero el hecho es poco racional cuando observamos nuestro derredor, en el que una multitud de objetos
y productos presentan también tales sensibilidades.
La reconversión de buena parte de la superficie actual agrícola en bosques explotables reconducirá en unos pocos decenios la
construcción incorporando nuevas soluciones estructurales con madera y derivados de ella.
La producción industrializada de estructuras de madera presenta grandes ventajas respecto a la de estructuras de acero u
hormigón:
Los residuos de producción no producen afección medioambiental y tienen cuando menos valor como fuente de energía.
Se trata de un material blando y ligero, que no requiere máquinas o utillaje de producción, transporte o montaje poderosos ni
mantenimientos costosos permanentes.
El número de empresas del sector es elevado y los operarios tienen una alta cualificación, hechos que contribuyen a que el
desarrollo tecnológico sea rápido y barato.
La estructura sectorial permite atender trabajos de características y tamaño muy diversos, desde pequeños trabajos de
rehabilitación a grandes complejos de nueva planta.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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Si se controlan las fuentes de ruido, la industria de la madera puede convivir con otros usos urbanos sin que se produzcan
afecciones ambientales.
La industria de la madera ha contado siempre con un gran prestigio social que debe servir de apoyo para el desarrollo industrial.
9.3.1. Exigencias
Las exigencias específicas para las estructuras de madera son las siguientes:
Competitividad en el binomio costo-imagen.
Control de la seguridad en caso de incendio.
Control del proyecto y de la ejecución en todos los puntos susceptibles de experimentar grados de humedad críticos por fallos de
redes hidráulicas o como consecuencia de condensaciones
Seguimiento estricto del plan de mantenimiento de los revestimientos específicos en exterior e interior
La utilización actual de estructuras de madera, excepto en países exportadores, responde fundamentalmente a su contribución a
la valoración positiva de los espacios creados con ellas.
En edificios de pisos esta contribución debe compensar un peor ratio resistencia/costo respecto a las estructuras de acero u
hormigón.
El aumento del canto en los elementos horizontales mejora el rendimiento económico y se adapta mejor a las exigencias
mecánicas relativas a la limitación de deformaciones; pero se reduce la resistencia al fuego por disminuir el espesor de las piezas y
se producen más interferencias con otros sistemas constructivos, por lo que no puede ser considerado sin análisis previo.
9.3.2. Tipologías estructurales
La escasa utilización de estructuras de madera en edificios de pisos impide realizar un análisis detallado de las características
estructurales mas adecuadas a los diferentes usos edificatorios.
Desde un punto de vista organizativo las estructuras de madera en edificios de pisos tienen mayor proximidad a las de acero que
a las de hormigón. Como en aquel son utilizables soluciones isostáticas con elementos horizontales y verticales continuos
basadas en la utilización de elementos dobles o múltiples; pero también soluciones hiperestáticas que explotan al máximo las
posibilidades de conexión de los elementos auxiliares de acero. Los sistemas tradicionales de ensamblaje realizados mediante el
tallado o mecanizado de los elementos sólo son utilizados en labores de restauración, rehabilitación o de carácter didáctico por la
reducción de rendimiento mecánico y de seguridad estructural que producen en los elementos.
A diferencia de las estructuras de acero y hormigón los edificios con estructura de madera raramente superan actualmente las
cuatro plantas. La reducida resistencia admisible de la madera respecto al acero o el hormigón, su mayor fluencia y el
comportamiento frente al fuego resultan determinantes en la consideración de la madera para edificios más altos.
Sin embargo la madera presenta grandes ventajas para la realización de estructuras de edificios de poca altura constituidos por
espacios con dimensiones pequeñas o moderadas debido a sus ventajas en el acondicionamiento ambiental, especialmente en el
climático.
En este tipo de edificios son especialmente eficientes las estructuras formadas por paneles con entramado ligero de madera,
desarrollados como evolución de los tradicionales sistemas Platform frame norteamericanos.
9.3.3. Tipos edificatorios:
9.3.3.1. Docente
Es uno de los usos más característicos de las estructuras de madera. La altura de dos a tres plantas de la mayor parte de los
edificios destinados a este uso y las características ambientales de las estructuras de madera encuentran fácil acomodo y dan
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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lugar a soluciones brillantes de las que existe un amplio repertorio. La amplitud de los espacios implica la utilización de
elementos con dimensiones notables que habitualmente quedan vistos.
Esta forma de utilización conlleva que gran parte de los elementos de otros sistemas edificatorios deban quedar también vistos.
Las construcciones resultantes son didácticas por la clara percepción de sus componentes y por su elevado grado de
ecocompatibilidad.
También es elevado el grado de flexibilidad respecto a modificaciones y cambios de la distribución albergada. Conviene recordar
que las en construcciones con estructura de madera son recomendables sistemas de delimitación ligeros, flexibles y exentos de
fases húmedas durante el montaje.
9.3.3.2. Residencial
Resulta relativamente frecuente en los países del norte de Europa, grandes productores de madera, cuyo clima favorece la
utilización construcción industrializada. También se utiliza en EEUU, pero es más habitual en edificación unifamiliar.
Cuando se utilizan estructuras con elementos de escuadría grande, cuyas características difieren poco de las correspondientes al
uso docente comentado anteriormente, los elementos estructurales se utilizan con carácter plástico, compositivo.
Los edificios con estos tipos estructurales resultan flexibles y versátiles.
Cuando se utilizan estructuras de paredes resistentes formadas por paneles con entramado de madera la estructura no resulta
habitualmente aparente y los espacios son consecuentemente más abstractos, sin presencia explicita de elementos constructivos
diferentes a los que interaccionan directamente con el usuario.
Estas estructuras no permiten espacios amplios, pero la organización espacial puede ser modificada con suma facilidad mediante
herramientas domésticas y con habilidades y conocimientos simples.
9.3.3.3. Otras tipologías
Aunque existen multitud de edificios con usos diversos, su número no es significativo en orden establecer características
específicas. En general utilizan los sistemas descritos para las tipologías edificatorias comentadas anteriormente. Entre los tipos
de edificios construidos con estructuras encontramos: oficinas, edificios administrativos, clínicas, guarderías y escuelas infantiles,
residencias y hoteles.
9.3.4. Sistemas constructivos
9.3.4.1. Pórticos continuos isostáticos
Son sistemas versátiles. La distribución de espacios está condicionada exclusivamente por elementos puntuales, soportes, y por
unos pocos elementos de arriostramiento cuya posición puede compatibilizarse con las necesidades de organización espacial. Se
utilizan dos configuraciones básicas:
• Soportes simples de escuadría cuadrada o rectangular y vigas dobles con escuadrías rectangulares, confeccionadas con
madera laminada encolada cuando las luces son grandes.
• Soportes dobles de escuadría rectangular y viga simple, normalmente con canto considerable, realizada con madera
laminada.
En ambas soluciones se obtienen las ventajas mecánicas inherentes a la continuidad estructural sin perder el carácter isostático.
El primer tipo proporciona mejor apoyo para la subestructura horizontal, al tiempo que permite abrir huecos horizontales entre
las piezas dobles de las vigas, hecho que resulta muy interesante dada la progresiva complejidad de los sistemas de servicios y la
constatación de la existencia de tendidos de redes en tiempos posteriores a la construcción del edificio.
El segundo sistema permite cierta economía de material a medida que las luces son mayores.
Conviene recordar que escuadrías con la misma superficie pero distinto canto producen diferentes capacidades resistentes y de
rigidez.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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Los planos horizontales se realizan habitualmente mediante placas nervadas o paneles compuestos laminares con núcleo de
espuma plástica. Cuando la luz entre elementos estructurales principales es amplia se utiliza un segundo orden de vigas.
Estos sistemas obtienen ventajas competitivas cuando se pueden aprovechas las ventajas de la continuidad estructural o se
persigue un efecto compositivo específico.
El arriostramiento se realiza de forma general triangulando vanos mediante tirantes formados por cables o barras de acero o
piezas de madera.
9.3.4.2. Pórticos rígidos
El desarrollo de elementos auxiliares de conexión de acero y la simplificación de los procedimientos de cálculo computacional
han contribuido al desarrollo de estos sistemas, que permiten mayor complejidad estructural y flexibilidad en la organización de
los espacios.
9.3.4.3. Retículas rígidas
La utilización de uniones rígidas permite la construcción de estructuras reticulares con plantas bidireccionales que conjugan la
atensionalidad espacial con una reducción de las flechas. Es posible así mismo configurar estructuras a partir de mallas
triangulares. En estos casos la confección del plano se realiza con placas rectangulares, por lo que la luz entre miembros no debe
ser excesiva.
9.3.4.4. Paneles
Los sistemas basados en la utilización de paredes resistentes formadas por paneles con subestructura derivan de los sistemas
estructurales ligeros tradicionales.
La industrialización de dichos sistemas dio lugar a paneles con la altura de una planta formados por el entramado de una pared:
solera, montantes y carrera superior y hoja exterior de madera aglomerada o laminada. La pared incluía los elementos necesarios
para configurar los huecos correspondientes.
Estas estructuras, inicialmente ensambladas mediante uniones clavadas se fabrican actualmente mediante chapas dentadas o
grapas.
El montaje de paneles verticales y horizontales es muy rápido: de un día a dos por vivienda.
La distancia entre los centros de producción y los lugares de montaje y las características de las vías de comunicación tiene una
gran influencia en el rendimiento final.
En España la producción de este tipo de estructuras es muy reducida debido a que la baja repercusión del costo del transporte en
el costo total permite la importación desde centros de producción europeos consolidados.
Uno de los problemas que presenta este tipo de construcciones es la sensibilidad al ataque de insectos, especialmente termitas.
La protección del material exige tratamientos iniciales con productos tóxicos y mantenimiento periódico.
9.3.5. Componentes
9.3.5.1. Cimientos
Los cimientos de las estructuras de madera se realizan “in situ” y los enlaces con los soportes se realizan con cajas o chapas
ancladas al cimiento de forma que no acceder humedad capilar hasta la madera ni acumularse agua en las cajas, para lo que
existen orificios de drenaje. Es recomendable que las bases de los elementos estructurales de madera no queden ocultas, con
objeto de poder revisar periódicamente su estado de conservación.
El anclaje de paneles debe realizarse interponiendo entre la base de hormigón y la solera del panel nudillos o cuñas que integren
algún material impermeable.
9.3.5.2. Paredes
Desde los primeros ejemplos de la industrialización las paredes de entramado han evolucionado hacia la simplificación en las
conexiones, la mejora de su comportamiento ambiental y la capacidad de integración con otros subsistemas, (carpintería,
instalaciones, etc.).
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
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La variedad geométrica produce una ligera pérdida de rendimiento, pero muy inferior a la existente en los primeros tiempos.
Mediante sistemas CAD-CAM robotizados se podria llegar a eliminar la disminución de rendimientos.
La utilización de paredes resistentes produce un abaratamiento considerable de la estructura por no exigir elementos lineales
flexionados. Todos los elementos, verticales y horizontales están constituidos por paneles superficiales.
Como en el caso de las estructuras de hormigón armado una gran ventaja de los edificios con paredes estructurales es la rigidez e
hiperestaticidad, que permite alcanzar una gran estabilidad de todos los elementos constructivos, (siempre dependiente de las
características y de la organización de las conexiones entre elementos).
9.3.5.3. Soportes
Tienen preferentemente escuadría cuadrada o rectangular con lados modulados cada 2,5cm, (aprox. 1’). En las estructuras
isostáticas son habituales las escuadrías rectangulares, especialmente cuando se utilizan soportes dobles. En las estructuras
rígidas son más habituales las secciones cuadradas debido a influencia del pandeo y de la necesidad de rigidez transversal.
Excepto en estructuras con importantes luces o alturas se utilizan normalmente elementos enterizos.
En edificios de pisos los soportes enterizos suelen tener una altura de dos plantas. Cuando se utiliza madera laminada encolada
pueden utilizarse soportes con la altura completa del edificio.
9.3.5.4. Vigas
Se utilizan de forma habitual escuadrías rectangulares aunque con luces amplias se utilizan vigas armadas e incluso de celosía
con sección en I y de cajón.
9.3.5.5. Placas de techo
Los espacios generados se cubren con elementos cuyas características dependen de la luz y la capacidad de carga. En luces
reducidas, normalmente entre 3 y 5m, se utilizan placas formadas por tableros aglomerados o laminados y subestructura formada
por piezas rectangulares, que conjugan un canto reducido y caras planas, incluso con acabados diversos; con luces mayores se
utilizan nuevos órdenes de vigas.
9.9.1.5.6. Escaleras
La escaleras industrializadas de madera son habituales incluso vinculadas a estructuras que no son de dicho material. Aunque
existe una amplia variedad de tipos, lo más recurrentes y eficientes se basan en la tradicional escalera a la molinera, formada por
dos vigas inclinadas en cuyas caras interiores se insertan las piezas que forman pisas y en su caso tabicas y la formada por forjado
con tablero sobre el que se realiza el peldañeado. Como diferencia espacial cabe indicar que la primera se conecta por encima de
la última pisa mientras que la segunda lo hace por debajo, por lo que la solución de la inserción en las estructuras horizontales
varía sustancialmente.
La colocación de escaleras simultánea con los elementos superficiales horizontales aumenta de forma sustancial la seguridad de
los operarios, hecho que debe constituir una prioridad en la ejecución edificatoria, pero en estructuras de madera es necesario
proteger cuidadosamente los elementos acabados.
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
ANEXO DE IMÁGENES
Torres de Colón, Madrid
Banco de Hong- Kong Shangay, Norman Foster
Edificio Sears, Chicago
Sistemas porticados
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
Sistemas reticulares
Zapatas prefabricadas
Paredes
Soportes
Escaleras
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Tema 9: Estructuras industrializadas en edificios de pisos
Pórticos continuos isostáticos
Retícula rígida
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Paneles
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