Kitabı oxu: «Edificación y eficiencia energética en los edificios. ENAC0108»

Capítulo 1

Fundamentos de la edificación y eficiencia energética

1. Introducción

La eficiencia energética puede definirse como la disminución del consumo energético, manteniendo los mismos niveles de energía, sin reducir nuestro confort y calidad de vida, cuidando el medio ambiente, garantizando el abastecimiento y fomentando la sostenibilidad en el uso de los mismos.

La aprobación de nuevas normativas relacionadas con la eficiencia energética en los edificios está haciendo que, en el sector de la edificación, se tengan cada vez más en cuenta muchos aspectos relacionados con el consumo energético, como son: la iluminación, el aislamiento, la calefacción, la climatización, el agua caliente sanitaria, la certificación energética de las edificaciones, el uso de la energía solar, etc.

En este capítulo se estudiarán diversos aspectos básicos relacionados con la construcción y eficiencia energética de los edificios.

2. Tipología de edificios según su uso

Los edificios son construcciones realizadas por el hombre con el fin de albergar personas, animales, cosas, etc. Estas estructuras están cerradas por toda su superficie exterior, la cual está constituida por los muros, el techo y el suelo. Esto hace que en el interior de cada edificio exista algo parecido a un microclima.

Existen edificios de una amplia variedad de formas y funciones, los cuales se han ido adaptando según los requisitos y necesidades que se han ido planteando a lo largo de los años.

Fachada de un edificio

Los edificios se construyen para cubrir ciertas demandas de la sociedad, sirviendo fundamentalmente para:

1 Poder vivir adecuadamente.

2 Guardar pertenencias.

3 Refugio frente a condiciones climáticas adversas.

4 Trabajar de manera cómoda.

5 Etc.

Sabía que...

Se cree que el primer edificio fue construido por el homo erectus (un antepasado del ser humano) hace unos 500.000 años.

La construcción y el posterior uso de los edificios conllevan un importante gasto energético, suponiendo un impacto considerable sobre el medio ambiente. Esto se debe fundamentalmente a que los edificios requieren de una gran cantidad de energía y materias primas para ser construidos, además de generan una importante cantidad de residuos muy perjudiciales para el medio ambiente.

Debido al continuo crecimiento, tanto de la economía como de la población, la tendencia en la construcción de edificios se orienta cada vez más a la creación de instalaciones accesibles, seguras, productivas y sostenibles.

Definición

Diseño sostenible

El diseño sostenible se podría definir muy brevemente como: “Producir igual pero contaminando menos”, siendo sus objetivos fundamentales:

1 Minimizar el agotamiento de los recursos naturales.

2 Reducir la contaminación de las instalaciones y demás infraestructuras mientras estén operativas.

3 Construir infraestructuras cómodas, productivas, seguras, habitables, etc.

2.1. Tipos de edificios

Los edificios se clasifican principalmente según la funcionalidad y el uso al que haya sido destinada su construcción, siendo los más habituales los que se describen a continuación.

Edificios residenciales

Los edificios residenciales son los destinados a ser usados como vivienda. Algunos ejemplos pueden ser: apartamentos, casas adosadas, mansiones, chalets, etc.

Edificio residencial

Edificios educativos y culturales

Como su propio nombre indica, los edificios educativos y culturales son aquellos que están destinados a la educación y cultura. Son lugares de reunión e identificación social. Ejemplos de este tipo de edificios son: museos, galerías de arte, tetaros, colegios, etc.

Edificio cultural: Palacio de Ferias de Málaga

Edificios comerciales

Los edificios comerciales son aquellos en los que se realiza cualquier tipo de actividad comercial. Los bancos, restaurantes y hoteles son algunos ejemplos de este tipo de edificios.

Banco de España (Madrid)

Edificios gubernamentales

Los edificios gubernamentales se caracterizan por albergar alguna delegación del gobierno. Algunos ejemplos son: ayuntamientos, consulados, tribunales, parlamentos, etc.

Parlamento Europeo (Bruselas)

Edificios industriales

Los edificios industriales son aquellos donde se desarrollan actividades de tipo productivo. Ejemplos de este tipo de edificios pueden ser: fábricas, centrales eléctricas, fundiciones, etc.

Central nuclear de Cofrentes (Valencia)

Edificios sanitarios

Los edificios sanitarios son instalaciones médicas cuyo objetivo es el cuidado de la salud de los enfermos. Ejemplos de edificios sanitarios pueden ser: ambulatorios, hospitales, clínicas, etc.

Hospital de Sant Pau (Barcelona)

Edificios agrícolas

Los edificios agrícolas son construcciones realizadas para poder desarrollar actividades de tipo agrícola en aquellas zonas acondicionadas para ello. Algunos ejemplos son: invernaderos, establos, gallineros, etc.

Huerto del Francés (Madrid)

Edificios militares

Estos edificios son aquellos que están destinados al uso de tipo militar. Algunos ejemplos de edificios militares pueden ser: cuarteles, fortificaciones, fortalezas, etc.

Cuartel de San Fernando (Cádiz)

Almacenes

Los almacenes son edificios que constituyen un espacio físico para el almacenamiento de bienes. Las naves industriales y los hangares son claros ejemplos de este tipo de edificios.

Almacén

Aparcamientos

Los aparcamientos son edificios que se utilizan para el estacionamiento de vehículos. Este tipo de edificios también suelen considerarse como estructuras del tipo almacén.

Parking

Edificios religiosos

Estos edificios son construcciones de orden religioso, tales como templos, museos, monasterios, catedrales, etc.

Catedral de Santiago de Compostela

Edificios deportivos

Los edificios deportivos son aquellos destinados a la realización de actividades y espectáculos de tipo deportivo. Los gimnasios, polideportivos y pabellones son claros ejemplos de edificios de este tipo.

Pabellón Polideportivo de Pinto (Madrid)

Nota

Para que cada uno de estos tipos de edificios cumpla el propósito para el cual han sido construidos, se hace necesario acondicionarlos adecuadamente de manera que en su interior se establezca un microclima que favorezca el cumplimiento de dicho propósito.

Actividades

1. Razone las características que cree que debería tener un edificio destinado al almacenamiento de alimentos.

2. Fíjese en algunos de los edificios más representativos de su localidad y determine la tipología a la que pertenecen.

3. Estructuras en la edificación

En la edificación, las estructuras constituyen el armazón que da forma a los edificios. Son muy importantes, ya que sostienen el conjunto y hacen que las cargas se transmitan a lo largo de toda la edificación, haciéndola resistente ante, por ejemplo, movimientos sísmicos.

Las estructuras suelen clasificarse atendiendo al material con el que han sido fabricadas. Las más importantes son:

1 Estructuras de hormigón.

2 Estructuras de acero.

3 Estructuras de madera.

3.1. Estructuras de hormigón

Desde que se empezara a utilizar en el siglo XIX, el hormigón se ha convertido en el material estructural más usado.

El hormigón es un material de grandes prestaciones, a partir del cual se pueden elaborar estructuras extremadamente seguras y duraderas.

Este material presenta dos estados fundamentales:

1 El estado fresco o plástico: este estado permite su manipulación para ser adaptado a la forma estructural prevista.

2 El estado endurecido: una vez secado, el hormigón adquiere una rigidez tal que no permite su manipulación sin que se produzcan roturas visibles y/o irreversibles.

Estructura de hormigón

Composición y propiedades

El hormigón es el resultado de mezclar: un aglomerante (cemento), arena, grava (piedra machacada) y agua, aunque también se puede conseguir añadiendo grava a un mortero (mezcla de arena y agua con cemento).

Sabía que...

Los poros que se pueden apreciar en la superficie del hormigón se deben a la evaporación de su agua sobrante.

Una vez endurecidos, los hormigones se diferencian unos de otros según las propiedades que presenten. Las más representativas son:

1 La densidad: la densidad del hormigón varía dependiendo del tipo de árido utilizado en su elaboración:Áridos ligeros: 1000 ~ 1300 kg/m3.Áridos normales: 2300 ~ 2500 kg/m3.Áridos pesados: 3000 ~ 3500 kg/m3.

Definición

Densidad

La densidad de un elemento es la relación (cociente) que existe entre su peso y volumen.

1 Compacidad: los hormigones que presentan una alta compacidad ofrecen una mayor protección frente a posibles infiltraciones de sustancias perjudiciales.

2 Permeabilidad: la permeabilidad es el grado de accesibilidad que presenta el hormigón contra el paso de líquidos o gases. Esto dependerá fundamentalmente de la relación entre las cantidades de agua y cemento (agua/cemento) presentes en el material. Conforme mayor sea esta relación, el hormigón será más permeable.

3 Resistencia: una vez endurecido, este material ofrece resistencia frente a las acciones de tracción, desgaste y compresión. Esta última hace del hormigón un material muy importante en la construcción, pudiendo llegar a tener un valor de hasta 100 Mpa en hormigones de alta resistencia. La resistencia a la tracción es mucho más pequeña, pero es muy importante en ciertas aplicaciones. La resistencia al desgaste, la cual es muy importante en los pavimentos, se puede conseguir con la utilización de áridos muy resistentes y relaciones agua/cemento muy pequeñas.

4 Dureza: esta propiedad informa acerca del nivel de modificación que sufre la superficie del hormigón con el paso del tiempo como consecuencia del fenómeno de carbonatación.

5 Retracción: la retracción es el fenómeno de acortamiento que sufre el hormigón debido a la evaporación progresiva del agua que contiene.

Superficie de hormigón

Definición

Tracción

Es un tipo de esfuerzo aplicado a un cuerpo que hace que tienda a estirarse.

Compresión

Las fuerzas que hacen que un cuerpo tienda a aplastarse o comprimirse se denominan fuerzas de compresión.

Tipos de hormigones

Son muchos los tipos de hormigones que se suelen utilizar en los trabajos de edificación. A continuación se describen algunos de los más importantes.

Hormigón prefabricado

El hormigón prefabricado es un tipo de hormigón que ha sido elaborado en una planta de producción fija. Una vez que han sido fabricadas y testeadas, las piezas de hormigón prefabricado se almacenan hasta que son entregadas a la obra correspondiente.

Hormigón armado

El hormigón armado es el resultado de unir adecuadamente hormigón con armaduras de acero. Esto da lugar a estructuras que resisten acciones que provocan esfuerzos de compresión y de tracción.

Pilares de hormigón armado

Hormigón pretensado

El hormigón pretensado es un tipo de hormigón que contiene acero al que se le ha aplicado previamente una fuerte tracción permanente. Esto permite que la estructura sea más resistente a dicho esfuerzo.

Hormigones ligeros

Los hormigones ligeros son hormigones que presentan densidades inferiores a las de los hormigones normales. La disminución de la densidad de este material se consigue gracias a la presencia de vacíos, ya sea en el árido, en el mortero o entre las partículas de árido grueso.

Nota

La disminución de la densidad de los hormigones hace que estos también pierdan resistencia.

Hormigones con fibras

El hormigón con fibras es un tipo de un hormigón fabricado con cemento, que contiene áridos finos y gruesos y fibras discontinuas. Estas fibras pueden ser de tipo natural o artificial y tienen la misión de reforzar la masa del cemento aumentando su resistencia a la tensión.

Las fibras que más se utilizan son las de acero, vidrio, polipropileno, carbono y aramida.

Fibras de acero

Actividades

3. ¿Qué tipo de hormigón crees que es más resistente a la tracción, el hormigón armado o el pretensado?

3.2. Estructuras de acero

El acero es un material estructural muy versátil debido a su gran resistencia y ductilidad, lo cual permite que sirva para crear estructuras metálicas muy variadas.

Estructura metálica

Definición

Ductilidad

La ductilidad es una propiedad de los materiales que informa acerca del grado de deformación plástica a la que se puede someter un objeto antes de que se rompa.

Las construcciones realizadas con estructuras metálicas permiten mayores distancias entre pilares y son especialmente interesantes en locales comerciales, edificios industriales y demás estructuras donde no se desee tener pilares intermedios, así como edificios de alturas considerables, sin pilares excesivamente gruesos. De esta manera se consigue maximizar el espacio útil.

Materiales empleados en estructuras metálicas

Los metales más empleados en la construcción de estructuras metálicas son:

1 Acero ordinario: es el más empleado.

2 Acero autopatinable: los aceros autopatinables son muy parecidos a los aceros ordinarios con la excepción de que, en su composición, se incluye una pequeña cantidad de cobre. Estos aceros ofrecen un buen comportamiento frente la corrosión atmosférica, ya que en su superficie está presente una capa de óxido que los protege.

3 Aceros inoxidables: el acero inoxidable se utiliza en estructuras que van a estar sometidas a ambientes agresivos.

4 Aluminio: su utilización en la edificación no está muy extendida y su uso suele estar limitado a la construcción de estructuras y carpas desmontables, ya que el aluminio es un metal muy ligero.

Características mecánicas del acero

Las dos propiedades fundamentales que se tienen en cuenta cuando se diseñan piezas de acero son: el límite elástico y el límite de rotura.

El límite elástico (σE) se define como la carga unitaria aplicada al metal a partir del cual las deformaciones no son recuperables.

Por otro lado, el límite de rotura (σR), también conocido como resistencia a tracción, es la carga unitaria máxima que el acero puede soportar en el denominado ensayo de tracción.

Definición

Ensayo de tracción

En el ensayo de tracción de un material, este es sometido a un esfuerzo axial de tracción. La intensidad de este esfuerzo se va incrementando hasta que se produce la rotura del mismo.

Características tecnológicas del acero

Respecto a las características tecnológicas del acero, las más importantes son:

1 Soldabilidad: la soldabilidad de un acero es la aptitud que tiene para ser soldado sin que se originen fisuras en frío. Por razones obvias, esta es una característica tecnológica de gran importancia de cara a su implantación en cualquier estructura.

Soldaduras en una estructura de acero

1 Resistencia al desgarro laminar: la resistencia al desgarro laminar del acero se puede definir como la resistencia que ofrece frente a la aparición de defectos en piezas soldadas sometidas a esfuerzos de tracción perpendiculares a su superficie.

2 Aptitud al doblado: la aptitud al doblado informa acerca del grado de ductilidad del material y se determina en el ensayo de doblado.

Recuerde

La ductilidad es una propiedad de los materiales que indica el grado de deformación plástica a la que se puede someter un objeto antes de que se rompa.

Tipos de acero

Según la Instrucción EAE, se contemplan las siguientes tipologías de utilizables en perfiles y chapas para estructuras metálicas:

1 Aceros laminados en caliente. Estos aceros no aleados no tienen características especiales de resistencia mecánica ni de resistencia a la corrosión, presentando una microestructura estándar.

2 Aceros con características especiales. Se pueden distinguir las siguientes tipologías de aceros especiales:Aceros normalizados de grano fino para construcción soldada.Aceros de laminado termomecánico de grano fino para construcción soldada.Aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica (aceros autopatinables).Aceros templados y revenidos.Aceros con resistencia incrementada a la deformación perpendicular a la superficie del producto.

3 Aceros conformados en frío. El proceso de fabricación de estos aceros consiste en un conformado en frío. Esto hace que adquieran ciertas características específicas relacionadas con la sección y la resistencia mecánica.

Definición

Instrucción EAE

La Instrucción de Acero Estructural (EAE) es una normativa española que establece los requisitos que deben cumplir las estructuras realizadas en acero.

Perfiles

Las secciones o perfiles de acero estructural están estandarizados para optimizar el uso de este material en las estructuras metálicas. A continuación se muestran algunos de ellos:

Perfiles de acero estructural
	Perfil europeo IPE		Sección hueca circular
	Perfil HEB		Sección hueca cuadrada
	Perfil angular doble de lados iguales		Sección hueca rectangular

Aplicación práctica

Imagine que tiene una empresa dedicada a la distribución de alimentos y necesita disponer de una nave para almacenar su producto. ¿Qué tipo de estructura cree que sería más adecuada construir para tal fin, hormigón o acero?

SOLUCIÓN

Lo más adecuado sería decantarse por una estructura de acero. Hay muchas razones que justifican esta elección, siendo una de ellas el hecho de que las construcciones realizadas con estructuras metálicas permiten mayores distancias entre pilares, lo que ayuda a maximizar el espacio útil (algo muy importante en cualquier almacén).

Nave industrial

3.3. Estructuras de madera

La madera es un material que siempre ha estado presente en nuestras vidas. Junto con la piedra, este elemento ha formado parte de la mayoría de las estructuras que se han ido construyendo a lo largo de los siglos, y todavía hoy se sigue utilizando.

Cubierta de madera

Sabía que...

El proceso de obtención de la madera apenas ha variado con el paso del tiempo.

Composición

La madera es una sustancia producida por los árboles. Esto hace que presente ciertas características únicas que la hacen muy diferente a materiales de origen mineral.

Los elementos orgánicos que componen la madera son:

1 Celulosa (40% ~ 50%).

2 Lignina (25% ~ 30%).

3 Hidratos de carbono (20% ~ 25%).

4 Resina, tanino, grasas (5% ~ 15%).

Propiedades

La madera presenta ciertas características que la hacen muy competitiva frente a otros materiales más recientes.

El uso de la madera en la edificación está muy extendido, ya que presenta una serie de ventajas como pueden ser: estética, calidad, resistencia mecánica, comportamiento térmico y acústico, etc. A continuación, se enumeran algunas de las propiedades más significativas de este material.

Anisotropía

La madera puede ser considerada como un material anisótropo, esto quiere decir que no se comporta de la misma manera en todas las direcciones de las fibras que la constituyen.

Resistencia a tracción

Este material ofrece buenas cualidades cuando trabaja a tracción. Esto se debe fundamentalmente a su estructura direccional. La resistencia a este tipo de esfuerzos es máxima cuando las fuerzas son paralelas a sus fibras, mientras que será mínima en el caso en el que los esfuerzos sean perpendiculares.

Recuerde

La tracción es un tipo de esfuerzo que, aplicado a un cuerpo, hace que este tienda a estirarse.

Las fuerzas que hacen que un cuerpo tienda a aplastarse o comprimirse se conocen como fuerzas de compresión.

Resistencia a flexión

La flexión implica esfuerzos de tracción y compresión en las fibras de la madera, por lo que la resistencia en estos casos será máxima mientras que la fuerza ejercida sea perpendicular a sus fibras.

Flexibilidad

La madera es un material que puede ser curvado con relativa facilidad. El grado de flexibilidad que ofrezca dependerá de algunos factores como: la edad del material, la humedad, etc.

Densidad

La densidad de una madera determinada dependerá fundamentalmente del contenido en agua que presente.

Se pueden diferenciar dos tipos de densidades de la madera:

1 Densidad absoluta: es el valor de la densidad de la celulosa y de sus derivados (aprox. 1550 kg/m3).

2 Densidad aparente: es la determinada por los poros y su valor dependerá de la cantidad de agua que contengan.

Recuerde

La densidad de un elemento es la relación (cociente) que existe entre su peso y volumen.

Actividades

4. ¿Cree que un trozo de madera será más denso conforme contenga más agua? Justifique su respuesta.

Dureza

Esta propiedad está directamente relacionada con la densidad que presente la madera en cuestión. Conforme sea más densa también tendrá más dureza.

Conductividad térmica

Una vez que la humedad contenida en los poros se seca, estos quedan llenos de aire en lugar de agua. Esto hace que la madera se comporte como un buen aislante térmico.

Importante

Putrefacción de la madera

A pesar de las muchas ventajas que ofrece la madera, también es importante tener en cuenta los inconvenientes que pueden surgir con su uso. Algunos de ellos son:

1 Combustibilidad.

2 Inestabilidad volumétrica.

3 Putrefacción.

Tipos de madera en la edificación

En este apartado se van a estudiar los tipos de madera que más se utilizan en edificación. Los más usuales son:

1 Madera aserrada estructural.

2 Madera laminada encolada.

3 Madera microlaminada.

4 Tableros estructurales.

Madera aserrada estructural

Este tipo de madera consiste en piezas de madera maciza que se obtienen por aserrado del árbol. Normalmente son escuadradas, es decir, presentan caras paralelas entre sí, con sus cantos perpendiculares a las mismas.

Piezas de madera aserrada estructural

Debido a que la madera aserrada estructural constituye la base de cualquier producto maderero, existen infinidad de aplicaciones a las que está destinado su uso: puertas, ventanas, suelos, revestimientos, fachadas, tabiques, viguetas, etc.

Definición

Cara

Es la superficie de la pieza que presenta una mayor dimensión de la sección transversal.

Canto

Es la que tiene la menor dimensión de dicha sección.

Madera laminada encolada

Consisten en grandes piezas que se obtienen a partir de tablas o láminas de madera de dimensiones no muy grandes comparadas con las de la pieza final (con grosores de alrededor de 4,5 cm).

Piezas de madera laminada encolada

Estas láminas se unen, tanto longitudinal como transversalmente, con colas sintéticas. Para ello, se emplean adhesivos de resorcina, melamina, urea o acetato, aunque únicamente los dos primeros son aptos para su uso en exteriores.

Importante

En el encolado de esta madera, las láminas se han de disponer de manera que sus fibras queden paralelas unas con otras.

Este tipo de madera se suele utilizar en vigas, cargaderos, pilares y demás elementos estructurales en casos en los que se desee cubrir grandes luces.

Definición

Luz

En la arquitectura, se conoce como luz a la distancia horizontal que existe entre los apoyos de un arco, viga, etc.

Madera microlaminada (LVL)

La madera microlaminada o LVL (en inglés, Laminated Veneer Lumber) se fabrica con chapas de madera de espesor reducido (entre 3 y 5 mm), las cuales se encolan en la misma dirección de sus fibras.

Panel de madera microlaminada

Con el fin de mejorar sus características, en ciertos tableros y perfiles especiales se suelen incorporar una serie de chapas encoladas dispuestas paralelamente respecto a la dirección de sus fibras y perpendiculares a las de las chapas de la cara y contra cara.

Debido a su ligereza, uniformidad de sus propiedades y a su gran resistencia, la madera microlaminada es un material ideal para ser utilizado en elementos estructurales, siendo sus aplicaciones fundamentales: vigas, estructuras de carga, escaleras, casas prefabricadas, etc.

Tableros estructurales

Existen varios tipos de tableros estructurales. Los más importantes son:

1 Tableros de madera aglomerada: estos tableros se obtienen por prensado de partículas de madera impregnadas previamente de una resina adhesiva.Tableros de madera aglomeradaLos tableros de madera aglomerada poseen propiedades mecánicas muy parecidas a las de la madera que se utilizó para fabricarlos. Por lo general, no se deterioran ni se encorvan con la humedad ambiental, aunque sí que se estropean al entrar en contacto directo con el agua. Estas piezas se suelen utilizar para elaborar tabiques que se vayan a implantar en zonas secas. También se usan en instalaciones comerciales, muebles, utilería y escenografía.

2 Tableros de madera prensada: estos tableros están fabricados a partir de fibras de madera prensadas y se pueden diferenciar dos tipos: los tableros de alta densidad HDF (High Density Fiber) o Hardboard y los de densidad media MDF (Medium Density Fiber). Estos se describen a continuación:Tableros HDF: se fabrican con fibras de madera prensadas a temperaturas muy elevadas y sin añadir aglomerantes.Tableros HDFTableros MDF: se fabrican prensando a altas temperaturas fibras de madera reciclada de procesos industriales, junto con un añadido de urea formaldehído. Estos tableros consisten en planchas de superficie suave y uniforme, y presentan mayor resistencia, flexibilidad y homogeneidad que la madera aglomerada.Tableros MDFLos tableros MDF son muy utilizados en la industria del mueble y en la construcción gracias a la gran facilidad que tienen para ser trabajados, moldeados, pintados o laminados. Con ellos se pueden conseguir fijaciones y ensambles de extraordinaria firmeza.

3 Tableros de madera contrachapada: estos tableros se obtienen mediante la unión de varias capas de chapas de madera colocadas con sus fibras en un ángulo de 90°, es decir, perpendiculares entre sí. De esta manera se consigue compensar las tensiones internas del material, obteniéndose tableros resistentes y relativamente indeformables.Tableros de madera contrachapadaLos tableros se elaboran con diferentes clases de madera y con dos tipos de adhesivos, según sea el lugar donde se coloquen (para interiores o exteriores). En edificación son muy usados para moldaje, estructuras y revestimientos interiores y exteriores. También se utilizan en mueblería, ya que permiten crear superficies curvas.

4 Tableros OSB: los tableros OSB (Oriented Strand Boards) son piezas estructurales construidas con virutas rectangulares de madera, las cuales, para incrementar su fortaleza y rigidez, se orientan formando capas cruzadas y unidas entre sí. Esto se consigue gracias a la aplicación de una resina fenólica a presiones y temperaturas elevadas. Estas virutas no provienen de residuos de otros procesos de fabricación, sino que se elaboran especialmente con el fin de maximizar el rendimiento del panel.Panel de madera OSBEn la edificación, se utilizan para cubiertas de techos, revestimiento de tabiques, escalas, vigas doble T, etc. Es importante saber que no deben ser usados en exteriores ni en moldaje.

Definición

Sistema de moldaje

Consiste en un conjunto de elementos que tienen el cometido de moldear el hormigón fresco a la forma y dimensiones que se especifiquen, controlando su colocación y alineación dentro de las tolerancias que se exijan.

Estos sistemas constituyen estructuras temporales que son capaces de soportar la carga del propio hormigón fresco, así como las sobrecargas de personas, equipos y demás elementos que se especifiquen.

Actividades

5. Elabore una tabla e indique en ella las ventajas e inconvenientes que supone la utilización del hormigón, acero y madera como materiales en la edificación.

4. Nociones básicas de cimentación en la edificación

A grandes rasgos, la cimentación se puede definir como el conjunto de elementos, presentes en cualquier edificación, que tienen el cometido de transmitir al terreno las cargas que soporta una estructura. Su diseño dependerá fundamentalmente:

1 De las características del edificio.

2 De la naturaleza del terreno.

Sabía que...

Una cimentación mal ejecutada, planificada, diseñada o calculada puede hacer que, tanto el edificio como las fincas adyacentes, sufran deterioros muy graves.

Grietas en edificios debidas a una mala cimentación

Por lo general, se puede afirmar que existen dos tipos de cimentación según sean los tipos de esfuerzos que van a soportar: de compresión pura o compresión y tracción. Esto influirá en el tipo de material que se empleará para constituir la cimentación.

Las cimentaciones que únicamente soportarán esfuerzos de compresión se usan en estructuras de escasa complejidad que están basadas fundamentalmente en muros de carga. Para este tipo se suele utilizar hormigón sin armadura, siendo el hormigón armado el material que se usa para construir las cimentaciones en el resto de los casos.

Obra de cimentación

Definición

Muro de carga

Paredes que soportan otros elementos de la construcción.

Existen dos tipos fundamentales de cimentación: las cimentaciones superficiales y las profundas. A continuación veremos detalladamente en qué consisten.

4.1. Cimentaciones superficiales

En el caso en el que debajo de la estructura que se va construir, el terreno presente características técnicas y económicas adecuadas para cimentar sobre el mismo, la cimentación a ejecutar será la superficial o directa. Estas cimentaciones están constituidas por: zapatas, vigas y placas.

Importante

Antes de elegir el tipo de cimentación a ejecutar, y como tarea previa a la redacción del proyecto correspondiente, es necesario realizar un estudio geotécnico del suelo para determinar el tipo de cimentación a utilizar.

Zapatas

Una zapata consiste en una extensión de la base de una columna o muro que tiene la misión de transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada según sean las características del terreno.

Zapata

Las características que debe tener cualquier zapata son las siguientes:

1 Deben transmitir las cargas al terreno a través de sus elementos estructurales.

2 Deben repartir uniformemente las cargas para que no se sobrepasen las tensiones superficiales del terreno.

3 No deben tener dimensiones dispares. Esto evitará que se produzcan asientos diferenciales.

4 Deben quedar ocultas.

Definición

Asientos diferenciales

Consisten en cedidas irregulares que puede sufrir la estructura de una edificación y pueden dar lugar a que se produzcan efectos muy graves.

Actividades

6. ¿Qué efectos negativos cree que pueden producirse en una estructura (y en sus alrededores) debido a la aparición de asientos diferenciales?

Existen muchos tipos de zapatas, las cuales se diferencian atendiendo a dos criterios de clasificación fundamentales:

1 Según la forma de trabajo:Aislada.Combinada.Corrida o continua.Arriostrada o atada.

2 Según la forma en planta:Rectangular.Cuadrada.Circular.Anular.Poligonal.

A continuación se describirán brevemente algunos de estos tipos.

Zapata aislada cuadrada

El elemento que transmite las cargas en este tipo de zapata es un pilar, ya sea de hormigón o acero. El pilar partirá siempre desde el centro de la base de la zapata.

Cuando los pilares son de hormigón armado es necesario dejar en la zapata una armadura vertical saliente (conocida como armadura de espera) para unirla con la armadura del pilar. De esta manera se producirá la transferencia de esfuerzos desde el pilar hasta la zapata. Cuando los pilares sean metálicos no existirá esta armadura de espera.

Zapata aislada cuadrada

Recuerde

El hormigón armado es el resultado de unir adecuadamente hormigón con armaduras de acero. Esto da lugar a estructuras que resisten acciones que provocan esfuerzos de compresión y de tracción.

Zapata corrida o continua

La zapata corrida o continua es un tipo de zapata que se utiliza, por lo general, para cimentaciones de muros de hormigón armado. Por lo tanto, el elemento estructural encargado de transmitir los esfuerzos en este caso será un muro en lugar de un pilar, ejerciendo una carga de tipo lineal a la zapata.

Zapata corrida

Zapata combinada

Estas zapatas se caracterizan por soportar dos o más pilares. Se suele optar por esta solución en los casos en los que se tengan columnas muy juntas y, al calcular el área de las zapatas, se obtiene como resultado que sus áreas se superponen.

Zapata combinada

4.2. Cimentaciones profundas

Este tipo de cimentación se utiliza cuando el terreno firme se localiza a una profundidad mayor. La cimentación profunda que más se utiliza es la denominada cimentación por pilotes.

Pilotes

Un pilote es un elemento de cimentación de longitud considerable que, al ser enterrado, adquiere una gran capacidad de carga gracias a su resistencia por rozamiento con el terreno y su apoyo en forma de punta.

Pilotes

Los pilotes se utilizan cuando el suelo situado al nivel donde se colocaría normalmente una zapata no es adecuado para ofrecer un soporte firme. En estos casos se hace necesario transmitir los esfuerzos de la estructura a mayor profundidad por medio de pilotes.

El uso de pilotes también se hace necesario en los siguientes casos:

1 Cuando existan asientos imprevisibles y el terreno profundo sea resistente.

2 Cuando se puedan producir retracciones y otras variaciones en el terreno.

3 En estructuras construidas sobre agua.

4 Cuando existan cargas inclinadas.

Los pilotes se suelen construir de una extensa variedad de dimensiones, formas y materiales. A continuación, veremos algunos de los tipos más usuales.

Pilotes de madera

Los pilotes de madera son económicos, fáciles de transportar y manejar y pueden ser cortados in situ según sea la longitud requerida. Estos pilotes son especialmente adecuados para emplazamientos de difícil acceso o en los casos en los que se presenten dificultades para el taladro o el uso del hormigón.

Pilotes de madera

Importante

Aunque la duración de los pilotes de madera puede ser indefinida cuando estén siempre rodeados por un suelo saturado (suelos en los que el agua ha llenado todos sus poros desalojando al aire), están sujetos a pudrirse por encima de la zona de saturación.

Pilotes de hormigón

Existen muchas variantes de pilotes de hormigón entre los que se puede elegir según sean las características de la obra en cuestión. Existen dos tipos principales de pilotes de hormigón: los colados en el lugar y los precolados. Los colados en el lugar se dividen a su vez en pilotes con ademe y sin ademe.

Pilote de hormigón

Debido a que la mayoría de los pilotes de hormigón pueden hincarse hasta alcanzar una elevada resistencia sin sufrir daño, se les pueden asignar, por lo general, cargas admisibles más elevadas que a los pilotes de madera.

En condiciones normales, este tipo de pilotes no se deterioran. No obstante, las sales y la humedad del agua marina atacan a sus grietas y hacen que el hormigón se desconche. La mejor protección frente a esto es usar un hormigón denso y de buena calidad, así como utilizar pilotes preesforzados.

Pilotes de acero

Los pilotes de acero más utilizados son: los de tubos de acero, que normalmente se rellenan de hormigón una vez hincados, y los perfiles de acero en H. Estos últimos se utilizan cuando: se requieran hincados violentos, se necesiten longitudes muy elevadas o sea necesario disponer de grandes cargas de trabajo por pilote.

Pilote de acero y hormigón

Los pilotes de acero están sujetos a la corrosión. Normalmente este deterioro es muy pequeño cuando el pilote se encuentra enterrado en una formación natural, aunque el grado de corrosión puede ser mucho más elevado en rellenos en los que haya oxígeno atrapado. También es importante tener en cuenta que, cuando los pilotes se prolongan por encima del nivel del terreno, las zonas expuestas a la intemperie son también especialmente vulnerables. Una buena opción para proteger estas zonas es recubrirlas de hormigón.

Actividades

7. ¿Qué diferencias más singulares existen entre la cimentación superficial y la profunda?

5. Descripción y comportamiento energético de los materiales en la edificación

La decisión de utilizar unos materiales u otros en la construcción de los diferentes elementos que constituyen a los edificios tiene un gran impacto en el comportamiento energético de los mismos. Esto se debe fundamentalmente a que no todos los materiales son iguales y no todos se comportan de la misma manera ante diferentes condiciones ambientales. Por otro lado, es importante tener en cuenta el hecho de que existen ciertos materiales que, si se aprovechan sus cualidades, pueden ayudar a resolver las exigencias climáticas a las que se ven sometidos los edificios.

Recuerde

La construcción y el posterior uso de los edificios conlleva un importante gasto energético, suponiendo un impacto considerable sobre el medio ambiente. Esto se debe fundamentalmente a que los edificios requieren de una gran cantidad de energía y materias primas para ser construidos, además de generar una importante cantidad de residuos muy perjudiciales para el medio ambiente.

En este apartado estudiaremos algunos de lo elementos y materiales más singulares que suelen formar parte de los edificios, así como los factores energéticos más importantes que deben considerarse.

5.1. Soleras en contacto con el terreno

Las soleras consisten en elementos de hormigón de escaso espesor que se apoyan directamente sobre el terreno. Se suelen colocar sobre un revestimiento de grava y, sobre el mismo, se extiende una lámina plástica que tiene dos misiones: evitar que la humedad llegue hasta la solera e impedir que el hormigón se vierta en el revestimiento.

Solado de hormigón

Desde el punto de vista de la eficiencia energética en los edificios, es importante saber que el calor que se pierde a través del suelo, respecto a la dispersión térmica total que se suele producir en las edificaciones, oscila entre el 15% y el 20%.

5.2. Suelos con cámara sanitaria

Las cámaras sanitarias o de saneamiento son espacios que se construyen en los edificios y que se sitúan al nivel del terreno natural.

Estos elementos constructivos tienen la misión de aislar de la humedad y del calor a la edificación.

Cámara sanitaria

Las cámaras sanitarias están constituidas fundamentalmente por dos elementos: las viguetas autorresistentes o autoportantes y las bobedillas. Estas últimas puede ser cerámicas, de mortero de cemento o de poliestireno expandido. Las que son de este último material ofrecen un alto grado de aislamiento y son muy fáciles de colocar.

Definición

Viguetas autorresistentes

Se caracterizan por ser capaces de resistir, por sí mismas y en un forjado (ver más adelante), todos los esfuerzos a los que estará sometido dicho forjado.

Bobedillas

Consisten en bóvedas pequeñas, formadas por ladrillos, que se utilizan para cubrir el espacio que hay entre dos vigas.

5.3. Forjados

Los forjados son elementos resistentes y planos de la estructura de una edificación que tienen dos misiones fundamentales:

1 Constituir los pisos del edificio. Todo lo que se coloque sobre el solado de los pisos de los edificios queda a su vez apoyado sobre los forjados. Por esta razón deben ser capaces de resistir los esfuerzos que provocan la presencia de personas, muebles, máquinas, etc.

2 Arriostrar los elementos de la estructura. Los forjados tienen que ser elementos horizontales rígidos y deben enlazar los pórticos que forman las vigas de la estructura y los pilares de la misma. Deben llevar los esfuerzos que sufra el edificio a los pórticos o muros que las resistan y que las comuniquen a la cimentación.

Forjados de un edificio

Definición

Arriostrar

Es la acción de estabilizar una estructura mediante el uso de elementos que eviten que se desplace o se deforme.

Los forjados de los edificios que no presentan ningún tipo de aislamiento favorecen a que se produzcan importantes pérdidas energéticas a través de los mismos. Las pérdidas más importantes son las de origen térmico y acústico y serán mayores o menores dependiendo del lugar donde se encuentren los forjados.

5.4. Cubiertas

Las cubiertas de los edificios son elementos que constituyen en cierre superior de los mismos y deben cumplir las siguientes funciones principales:

1 Cerramiento de la parte superior de la estructura.

2 Proporcionar estabilidad estructural frente a vientos, seísmos, etc.

3 Estanqueidad.

4 Aislante térmico y acústico.

5 Etc.

Cubierta de un edificio

Debido a que el calor tiende a subir, las pérdidas de calor a través de las cubiertas de los edificios pueden llegar a ser hasta una cuarta parte de las pérdidas energéticas totales del conjunto de la estructura. Esto hace que sea un elemento muy importante a tener en cuenta a la hora de estudiar el rendimiento energético de cualquier edificación.

5.5. Cubiertas enterradas

Las cubiertas enterradas son cerramientos superiores que están en contacto con el terreno que las cubre. Esto hace que la humedad del terreno sea un factor muy importante a tener en cuanta, ya que este elemento estructural estará permanentemente expuesto a ella.

5.6. Paredes exteriores

Las paredes exteriores o fachadas son paramentos, generalmente verticales, que limitan exteriormente los edificios. Constituyen el cierre del edificio y definen su aspecto exterior.

Fachada convencional

Las fachadas están constituidas por una o varias capas de diferentes materiales, los cuales deben satisfacer las exigencias relacionadas con el cerramiento de la estructura.

Desde el punto de vista energético, es importante tener en cuenta que, alrededor del 35% de las pérdidas energéticas de los edificios se producen a través de las fachadas.

Sabía que...

El 92% de las viviendas españolas carecen de aislamiento en la fachada, o bien, están mal aisladas.

5.7. Muros en contacto con el terreno: gravedad, flexorresistente y pantalla

Los muros en contacto con el terreno son aquellos cerramientos verticales que están en contacto directo con el terreno. En la siguiente imagen se muestra un plano de una vivienda en el que se señala la presencia de uno de estos muros:

En la edificación existen tres tipos fundamentales de muros en contacto con el terreno: los de gravedad, los flexorresistentes y los pantalla.

Muros de gravedad

Los muros de gravedad están constituidos de hormigón en masa y, su capacidad resistente se consigue gracias al propio peso del muro.

La principal ventaja de estos elementos constructivos es que no van armados, usándose habitualmente para cubrir alturas moderadas. En el caso de que se tengan longitudes mayores, la utilización de los muros de gravedad resultaría una solución antieconómica frente a los de hormigón armado.

Muros flexorresistentes

Los muros flexorresistentes son muros que son capaces de resistir esfuerzos de compresión y de flexión. Estos elementos están constituidos de hormigón armado y se construyen una vez se haya realizado el vaciado del terreno del sótano correspondiente.

Definición

Esfuerzos de flexión

Son aquellas fuerzas transversales externas que actúan sobre un elemento estructural y que hacen que este tienda a doblarse.

Muros pantalla

Los muros pantalla constituyen un tipo de cimentación profunda muy utilizada en la edificación de estructuras de altura. Estos elementos actúan como muros de contención y ofrecen multitud de ventajas relacionadas con el ahorro económico y el desarrollo en superficies.

El muro pantalla se construye antes de llevar a cabo el vaciado de tierras, transmitiendo los esfuerzos al terreno.

Muros pantalla

Definición

Muros de contención

Son estructuras rígidas destinadas a la contención de algún material, fundamentalmente tierras.

Desde el punto de vista de la eficiencia energética, el factor más importante a tener en cuenta en los muros que están en contacto con el terreno es la humedad. Evidentemente, esto se debe al contacto permanente de una de sus caras con la tierra del subsuelo.

Es muy importante prestar atención a este factor, ya que la mayoría de los siniestros que afectan a los edificios (y que sus usuarios reclaman a sus respectivas compañías de seguros) están relacionados con la humedad.

5.8. Particiones interiores

Las particiones interiores son las paredes o tabiques de los edificios. Son divisiones artesanales que constituyen la separación de los diferentes espacios internos que hay en las edificaciones.

La normativa técnica que actualmente se encuentra en vigor en España obliga a que las viviendas tengan particiones que cumplan con las siguientes funciones:

1 Compartimentar.

2 Ofrecer intimidad.

3 Aislar.

Modelo de las particiones interiores de una vivienda

El aislamiento acústico es uno de los requisitos más importantes que deben cumplir las particiones interiores de una vivienda.

Sabía que...

Alrededor del 92% de las viviendas españolas carecen de confort acústico.

5.9. Huecos y lucernarios

Los huecos son todos aquellos elementos parcialmente transparentes de la envolvente del edificio. Estos son: las ventanas y las puertas acristaladas.

Por otro lado, los lucernarios son todos aquellos huecos que están situados en una cubierta, por lo que tendrán una inclinación menor de 60 grados respecto a la horizontal.

Lucernario

Una parte importante de las pérdidas energéticas en los edificios (alrededor de un 10%) se producen a través de las ventanas y demás huecos que hay en sus fachadas y cubiertas. Estas pérdidas son máximas cuando los materiales que conforman las ventanas y lucernarios no ofrezcan un aislamiento térmico a adecuado.

5.10. Cámaras de aire

Las cámaras de aire son espacios huecos que se localizan entre los cerramientos de las fachadas de los edificios y tienen la misión de aislarlos térmicamente.

En la rehabilitación energética de los edificios, estos espacios pueden ser rellenados de determinados materiales (inyectados) para así mejorar su grado de aislamiento térmico.

Actividades

8. De los elementos constructivos vistos en este apartado, ¿cuál cree que es el que suele estar más expuesto a los agentes climatológicos externos?

9. Desarrolle una tabla en la que muestre los aspectos energéticos más importantes a tener en cuenta en cada uno de los elementos constructivos vistos en el presente apartado.

6. Resistencia térmica total de una edificación

La resistencia térmica de un material se define como la capacidad que tiene para oponerse al flujo del calor (inversa de la conductividad térmica). Cuando se trata de un material homogéneo, la resistencia térmica del mismo se determina dividiendo su grosor entre su conductividad térmica. En materiales no homogéneos, la resistencia térmica es el inverso de la conductancia térmica (similar a la conductividad térmica pero referida a los materiales no homogéneos).

Definición

Conductividad térmica y conductancia térmica

Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad que tienen para conducir el calor. Esta capacidad es elevada en los metales, siendo mucho más baja en otros como por ejemplo, la fibra de vidrio.

Para obtener la resistencia térmica total de una edificación, se deberán sumar las resistencias térmicas de cada uno de los materiales que constituyen su estructura, incluyendo los revestimientos internos y externos. El Código Técnico de la Edificación (CTE) establece la manera de calcular dichas resistencias.

Definición

El Código Técnico de la Edificación (CTE)

Es el marco normativo español que establece los requisitos que deben cumplir los edificios en relación con las exigencias básicas de seguridad y habitabilidad establecidas en la Ley 38/1999 de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación (LOE).

Las Exigencias Básicas de calidad que deben cumplir los edificios están relacionadas con la seguridad: seguridad estructural, seguridad contra incendios, seguridad de utilización; y habitabilidad: salubridad, protección acústica y ahorro de energía.

Nota

En el siguiente texto se hará referencia a algunas expresiones que aparecen en el Documento Básico HE Ahorro de Energía del CTE. A continuación se incluye un breve glosario que permite identificar rápidamente dichas referencias:

6.1. Resistencia térmica total de un componente constituido por capas térmicamente homogéneas (extraído del CTE)

La resistencia térmica total R_T de un componente constituido por capas térmicamente homogéneas debe calcularse mediante la expresión:

Siendo:

1 R1, R2...Rn las resistencias térmicas de cada capa definidas según la expresión E.3 (ver más adelante) [m2 K/W].

2 Rsi y Rse las resistencias térmicas superficiales correspondientes al aire interior y exterior respectivamente, tomadas de la tabla E.1 (a continuación) de acuerdo a la posición del cerramiento, dirección del flujo de calor y su situación en el edificio [m2K/W].

Tabla E.1 Resistencias térmicas superficiales de cerramientos en contacto con el aire exterior en m2K/W
Posición del cerramiento y sentido del flujo de calor		Rse	Rsi
Cerramientos verticales o con pendiente sobre la horizontal >60° y flujo horizontal		0,04	0,13
Cerramientos horizontales o con pendiente sobre la horizontal ≤60° y flujo ascendente		0,04	0,10
Cerramientos horizontales y flujo descendente		0,04	0,17

Definición

Componente con capas térmicamente homogéneas

Son componentes que, en el sentido del flujo del calor, presentan capas de espesor uniforme y conductividad térmica constante.

La resistencia térmica de una capa térmicamente homogénea viene definida por la expresión:

Siendo:

1 e el espesor de la capa [m]. En caso de una capa de espesor variable se considerará el espesor medio.

2 λ la conductividad térmica de diseño del material que compone la capa, calculada a partir de valores térmicos declarados según la Norma UNE EN ISO 10 456:2001 o tomada de Documentos Reconocidos, [W/m K].

Definición

Normas UNE

Las normas UNE (Una Norma Española) constituyen un conjunto de normas de carácter tecnológico creadas por las Comisiones Técnicas de Normalización. Estas normas son actualizadas periódicamente.