Estructuras eficientes para edificios: criterios de selección según la necesidad

Resumen

El documento recorre criterios para elegir la estructura de un edificio según necesidades como la resistencia al fuego, el tamaño de los vanos, la futura reforma, la rapidez de ejecución o los asientos de cimentación. Para cada criterio indica los sistemas estructurales más adecuados, como losas macizas, forjados de chapa grecada, celosías, cerchas o estructuras prefabricadas. Al final describe los elementos típicos de un pórtico plano: cimentación, elementos lineales y forjados.

Puntos clave

Para edificios de forma irregular conviene usar forjados sencillos ejecutados in situ, como losas macizas sin vigas o forjados de chapa grecada.
El hormigón es en general resistente al fuego por naturaleza, por lo que se prefiere en estructuras vistas que necesitan alta resistencia al fuego.
Para minimizar el espesor del forjado y ganar altura útil se recomiendan losas postensadas sin vigas o losas prefabricadas pretensadas.
Para grandes vanos se proponen celosías y vigas de madera laminada, pórticos y cerchas metálicas, vigas de hormigón pretensado o vigas cajón.
Las estructuras metálicas son más fáciles de reformar, y el acero atornillado evita soldar in situ en obra con mal tiempo.
En ambientes con alta concentración de ión cloro se recomiendan estructuras de madera laminada, mientras que en general resultan más adecuadas las de hormigón.

Ponte a prueba

Estructuras Eficientes para Edificios

Edificio de forma irregular en planta.

Sistemas sencillos ejecutados in situ:

Forjados de losa maciza de hormigón sin vigas.
Forjados de chapa grecada de acero.

Estructuras vistas con necesidad de alta resistencia al fuego.

Sistemas resistentes al fuego por naturaleza:

Sistemas estructurales de hormigón en general.

Los pilares no forman una malla regular.

Preferibles sistemas sin vigas ni nervios de forjado o cubierta:

Losas macizas sobre pilares.
Estructura metálica espacial (especialmente en cubiertas).

Necesidad de minimizar el espesor de forjado para optimizar la altura útil entre forjados.

En estos casos, lo ideal es reducir las luces al máximo posible:

Losas de hormigón sin vigas, apoyadas sobre pilares, postensadas.
Losas prefabricadas pretensadas, macizas o aligeradas.

Necesidad de minimizar el área ocupada por apoyos (pilares o muros).

Estructuras que permitan grandes vanos:

Celosías de madera y vigas de madera laminada.
Arcos de madera laminada encolada.
Pórticos metálicos y jácenas metálicas en celosía.
Cerchas metálicas.
Cerchas o vigas en simple o doble T o TT de hormigón pretensado.
Vigas cajón.
Sistemas colgantes o atirantados.
Arcos y bóvedas.

Previsión de cambios posteriores en el edificio que afecten a la estructura.

Las estructuras metálicas son más fáciles de reformar. Los sistemas unidireccionales de vanos cortos son preferibles:

Forjados de chapa grecada sobre pórticos metálicos.
Forjados de paneles de hormigón prefabricado sobre pórticos.

Construcción bajo condiciones meteorológicas adversas.

Sistemas no dependientes de procesos químicos y de ejecución rápida:

Sistemas basados en acero, especialmente atornillado, para no tener que soldar in situ.
Sistemas de hormigón prefabricado, en particular aquellos que minimizan el uso de sellados con mortero o capa de compresión.

Minimizar el tiempo de ejecución de la estructura en obra.

Sistemas que sean en su mayoría prefabricados o modulares:

Sistemas de pórticos simples estandarizados metálicos.
Estructuras de perfiles metálicos normalizados, en especial con nudos articulados (celosías).
Sistemas de hormigón prefabricado.

Minimizar la necesidad de colocar arriostramientos.

Sistemas de nudos rígidos:

Estructuras de hormigón ejecutado in situ.
Estructuras de acero con uniones rígidas, especialmente las soldadas.

Minimizar la carga transmitida a los cimientos.

Sistemas ligeros de vanos cortos. Además, deben elegirse cerramientos de poco peso:

Estructura de acero en general.
Estructura de madera.

Reducir el riesgo de daño estructural por asientos en los cimientos.

Sistemas estructurales sin nudos rígidos, isostáticos:

Se deben evitar los elementos de fábrica y cerámicos:

Estructuras de acero con uniones articuladas.
Sistemas de hormigón prefabricado.

Si se desea disponer de espacios útiles dentro de la estructura para alojar tuberías o equipos, se considerarán sistemas que por su propia morfología proporcionen huecos:

Cerchas y celosías.
Entramados metálicos (tipo forjado de chapa grecada).

Elevada resistencia de la estructura frente a agentes corrosivos.

La selección del material estructural se realizará en función del agente corrosivo:

Generalmente, resultan más adecuadas las estructuras de hormigón.
En ambientes con altas concentraciones de ión cloro, resultan adecuadas las estructuras de madera laminada.

Estructuras formadas por pórticos planos:

Están constituidas en general por:

Elementos de cimentación:

Pilotes (prefabricados o in situ).
Zapatas (aisladas, combinadas...).
Vigas de atado (riostras, centradoras).

Elementos lineales:

Vigas (prefabricadas o in situ, de cubierta, forjado, borde...).
Pilares (prefabricados o in situ).
Otros elementos lineales (pórticos completos prefabricados).

Elementos planos:

Forjados (de vigueta y bovedilla, de losa alveolar...).

Preguntas frecuentes

¿Qué estructura conviene para grandes vanos en un edificio?

El documento propone celosías y vigas de madera laminada, arcos de madera laminada encolada, pórticos y cerchas metálicas, vigas de hormigón pretensado, vigas cajón, sistemas colgantes o atirantados, y arcos y bóvedas. Estos sistemas permiten reducir el número de apoyos.

¿Qué sistemas son preferibles si el edificio podría reformarse en el futuro?

Las estructuras metálicas son más fáciles de reformar. Se recomiendan sistemas unidireccionales de vanos cortos, como forjados de chapa grecada sobre pórticos metálicos o forjados de paneles prefabricados sobre pórticos.

¿Qué estructura se recomienda si la obra se ejecuta con condiciones meteorológicas adversas?

Se recomiendan sistemas no dependientes de procesos químicos y de ejecución rápida, como los basados en acero atornillado, para no tener que soldar in situ, y los sistemas de hormigón prefabricado que minimizan los sellados con mortero o capa de compresión.