Estructura (construcción)

En la construcción , el entramado consiste en el ensamblaje de piezas para dar soporte y forma a una estructura , especialmente a un edificio . ^{[ 1 ]} Los materiales de entramado suelen ser madera , madera de ingeniería o acero estructural . La alternativa a la construcción con entramado se denomina generalmente construcción de muros macizos , donde se utilizan capas horizontales de materiales apilados, como troncos , mampostería , tierra apisonada , adobe , etc., sin entramado.

La estructura de los edificios se divide en dos grandes categorías, ^{[ 2 ]} construcción de estructura pesada (estructura pesada) si los soportes verticales son pocos y pesados ​​como en la estructura de madera , la estructura de edificios con postes o la estructura de acero ; o construcción de estructura ligera (estructura ligera) si los soportes son más numerosos y pequeños, como globo , plataforma, estructura de acero ligero y estructura prefabricada. La construcción de estructura ligera que utiliza madera dimensional estandarizada se ha convertido en el método de construcción dominante en América del Norte y Australia debido a la economía del método; el uso de un mínimo de material estructural permite a los constructores cerrar una gran área a un costo mínimo al tiempo que logran una amplia variedad de estilos arquitectónicos.

Las estructuras modernas de entramado ligero suelen obtener resistencia de paneles rígidos ( contrachapado y otros compuestos similares, como el tablero de virutas orientadas (OSB), que se utilizan para formar la totalidad o parte de las secciones de las paredes), pero hasta hace poco los carpinteros empleaban diversas formas de arriostramiento diagonal para estabilizar las paredes. El arriostramiento diagonal sigue siendo una parte vital del interior de muchos sistemas de techos, y los arriostramientos contra el viento en las paredes son obligatorios según los códigos de construcción de muchos municipios o las leyes estatales en los Estados Unidos. Los muros de corte con entramado especial son cada vez más comunes para ayudar a los edificios a cumplir con los requisitos de ingeniería sísmica y eólica .

Históricamente, la gente unía postes de madera con formas naturales para formar la estructura y luego comenzaba a usar juntas para conectar las vigas, un método que hoy se conoce como entramado de madera tradicional o entramado de troncos . En Estados Unidos, el entramado de madera fue reemplazado por el entramado ligero a partir de la década de 1830. El entramado ligero utiliza muchos elementos de pared ligeros llamados montantes en lugar de menos soportes más pesados ​​llamados postes; los componentes del entramado ligero se clavan entre sí en lugar de ensamblarse con juntas . Los montantes en un entramado ligero se extienden dos pisos desde el umbral hasta la placa. El entramado de plataforma reemplazó al entramado ligero y es el método estándar de entramado de madera en la actualidad. El nombre proviene de que cada nivel de piso se enmarca como una unidad o plataforma separada. El uso de paredes y pisos prefabricados ha mostrado un aumento en popularidad debido al ahorro de tiempo y la rentabilidad. ( Prefabricación ) Las paredes generalmente se fabrican en instalaciones y luego se envían a las diferentes obras. Este proceso de entramado ha mejorado la velocidad del entramado en el sitio.

La construcción con entramado de madera se utilizaba raramente en Escandinavia antes del siglo XX debido a la abundante disponibilidad de madera, la abundancia de mano de obra barata y la superioridad del aislamiento térmico de los troncos. Por lo tanto, el entramado de madera se utilizó primero para edificios sin calefacción, como edificios agrícolas, dependencias y casas de veraneo, pero para viviendas solo con el desarrollo del aislamiento de las paredes. ^{[ 3 ]}

El entramado de paredes en la construcción de viviendas incluye los elementos verticales y horizontales de las paredes exteriores y las particiones interiores, tanto de las paredes de carga como de las que no lo son. Estos elementos , denominados montantes , placas de pared y dinteles (a veces llamados cabeceras ), sirven como base de clavado para todo el material de revestimiento y soportan las plataformas del piso superior, que proporcionan la resistencia lateral a lo largo de la pared. Las plataformas pueden ser la estructura en caja de un techo y cubierta, o las viguetas del techo y del piso del piso superior. ^{[ 4 ]} En la construcción, la técnica se conoce de diversas maneras como entramado de madera , entramado de madera y plataforma , o entramado de madera y caja , ya que los montantes proporcionan a la estructura su soporte vertical, y las secciones de piso en forma de caja con viguetas contenidas dentro de postes y dinteles longitudinales (más comúnmente llamados cabeceras ) soportan el peso de lo que esté encima, incluyendo la pared siguiente y el techo del piso superior. La plataforma también proporciona soporte lateral contra el viento y mantiene las paredes de madera rectas y a escuadra. Cualquier plataforma inferior soporta el peso de las plataformas y paredes que se encuentran por encima del nivel de sus vigas y viguetas componentes.

En algunos países, la madera para estructuras está sujeta a normas reguladas que requieren un sello de clasificación y un contenido de humedad que no exceda el 19%. ^{[ 5 ]}

Existen cuatro métodos históricamente comunes para construir la estructura de una casa.

• El sistema de postes y vigas se utiliza actualmente de forma predominante en la construcción de graneros.
• Construcción de armazón arriostrado, también conocida como armazón completo, medio armazón, ^{[ 6 ]} armazón arriostrado de Nueva Inglaterra, ^{[ 7 ]} armazón combinado ^{[ 8 ]} una forma temprana de armazón ligero que sobrevivió hasta la década de 1940 en el noreste de los Estados Unidos, ^{[ 9 ]} definida por el uso continuo de correas, postes de esquina y tirantes, generalmente con mortajas, espigas y clavijas con montantes clavados. ^{[ 8 ]}
• La construcción con entramado ligero, que utiliza una técnica para suspender los pisos de las paredes, fue común hasta finales de la década de 1940, pero desde entonces, el entramado de plataforma se ha convertido en la forma predominante de construcción de viviendas. ^{[ 10 ]}
• El enmarcado de plataformas a menudo forma secciones de pared horizontalmente sobre el subsuelo antes del montaje, lo que facilita la colocación de los montantes y aumenta la precisión, a la vez que reduce la mano de obra necesaria. Las placas superior e inferior se clavan en el extremo de cada montante con dos clavos de al menos 3 + 1/4 pulg . (83 mm) de longitud ( clavos de 16d o 16 peniques ). Los montantes se duplican como mínimo (creando postes) en las aberturas, y el montante intermedio se corta para recibir los dinteles (cabezales) que se colocan y clavan en el extremo a través de los montantes exteriores. ^{[ 10 ]}  

El revestimiento de la pared, generalmente de madera contrachapada u otro laminado, se suele aplicar a la estructura antes del montaje, eliminando así la necesidad de andamios y, de nuevo, aumentando la velocidad y reduciendo las necesidades de mano de obra y los gastos. Algunos tipos de revestimiento exterior, como el tablero de fibra impregnado de asfalto , la madera contrachapada , el tablero de virutas orientadas y el tablero de virutas , proporcionarán un arriostramiento adecuado para resistir las cargas laterales y mantener la pared cuadrada (los códigos de construcción en la mayoría de las jurisdicciones requieren un revestimiento de madera contrachapada rígido). Otros, como la fibra de vidrio rígida, el tablero de fibra recubierto de asfalto, el poliestireno o el tablero de poliuretano , no lo harán. ^{[ 4 ]} En este último caso, la pared debe reforzarse con un arriostramiento diagonal de madera o metal insertado en los montantes. ^{[ 11 ]} En jurisdicciones sujetas a fuertes tormentas de viento (países de huracanes, corredores de tornados ) los códigos locales o la ley estatal generalmente requerirán tanto los arriostramientos diagonales contra el viento como el revestimiento exterior rígido independientemente del tipo y clase de revestimientos exteriores resistentes a la intemperie.

Finalmente, la parte exterior del revestimiento de la pared generalmente se cubre con un revestimiento exterior para protegerlo de la intemperie y por razones decorativas.

Secciones de pared

Luego se levantan y colocan las secciones completas de la pared, se añaden puntales temporales y se clavan las placas inferiores a través del subsuelo a los elementos de la estructura del piso. Los puntales deben tener su dimensión mayor en la vertical y deben permitir el ajuste de la posición vertical de la pared. ^{[ 11 ]}

Una vez alineadas las secciones ensambladas, se clavan entre sí en las esquinas e intersecciones. A menudo se coloca una tira de polietileno entre las paredes interiores y la pared exterior, y sobre la primera placa superior de las paredes interiores antes de colocar la segunda placa superior, para lograr la continuidad de la barrera de aire cuando el polietileno cumple esta función. ^{[ 11 ]}

Luego se agrega una segunda placa superior, con juntas desplazadas al menos un espacio de montante con respecto a las juntas de la placa inferior. Esta segunda placa superior generalmente se solapa con la primera placa en las esquinas y las intersecciones de tabiques y, al clavarse en su lugar, proporciona una unión adicional a las paredes enmarcadas. Cuando la segunda placa superior no se solapa con la placa inmediatamente inferior en las intersecciones de esquinas y tabiques, estas pueden unirse con placas de acero galvanizado de 0,036 pulg. (0,91 mm) de al menos 3 pulg . (76 mm) de ancho y 6 pulg. (150 mm) de largo, clavadas con al menos tres clavos de 2 + 1/2 pulg . (64 mm) a cada pared. ^{[ 11 ]}        

La construcción de entramado arriostrado , también conocida como entramado completo, medio entramado, ^{[ 6 ]} entramado arriostrado de Nueva Inglaterra, ^{[ 7 ]} entramado combinado, ^{[ 8 ]} es una forma temprana de entramado ligero desarrollada a partir del entramado de madera más pesado que la precedió. Se define por el uso continuo de correas, postes de esquina y tirantes. Las piezas están machihembradas, espigadas y clavadas con los montantes clavados a las correas y los umbrales. ^{[ 8 ]} Debido a la temprana introducción de los aserraderos (ya en 1635 en New Hampshire), ^{[ 15 ]} ya en 1637 los entramados de madera en las colonias inglesas del noreste de América del Norte utilizaban montantes ligeros entre las esquinas más pesadas. Norman Isham escribió: "a veces el entramado se cubría con tablas verticales aplicadas a los umbrales, placas y correas sin ningún entramado intermedio, pero en un mayor número de casas los espacios entre las maderas más pesadas se rellenan con listones verticales más ligeros llamados montantes". ^{[ 16 ]} El crecimiento de la industria de fabricación de clavos a principios del siglo XIX hizo que el ensamblaje del marco fuera aún más rápido, y algunas de las primeras máquinas se desarrollaron a finales del siglo XVIII en Massachusetts. Jacob Perkins de Newburyport, Massachusetts , inventó una máquina que podía producir 10 000 clavos al día. ^{[ 15 ]}

En Nueva Inglaterra, los edificios de tres plantas se construían habitualmente con esta forma, que aparece en los permisos de construcción de la época como "estructura de madera con ensamblaje de espiga y mortaja".

Su uso perduró hasta la década de 1940 en el noreste de los Estados Unidos, ^{[ 9 ]} cuando fue reemplazado gradualmente por el bastidor de plataforma.

El entramado de madera con andamios es un método de construcción en madera utilizado principalmente en zonas ricas en bosques de coníferas , como Escandinavia , Canadá , Estados Unidos (hasta mediados de la década de 1950) y los alrededores del bosque de Thetford en Norfolk, Inglaterra . El nombre proviene de un tipo de construcción de Missouri francés, maison en boulin , ^{[ 17 ]} siendo boulin un término francés para un soporte de andamio horizontal. También se conocía como «construcción de Chicago» en el siglo XIX. ^{[ 18 ]}

El entramado de globo utiliza elementos estructurales largos y continuos (montantes de pared) que van desde la placa de base hasta la placa superior, con estructuras de piso intermedias encajadas y clavadas a ellos. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Las alturas de los alféizares de las ventanas, los dinteles y la altura del siguiente piso se marcaban en los montantes con una vara de medir . Antes popular cuando abundaba la madera larga, el entramado de globo ha sido reemplazado en gran medida por el entramado de plataforma .

No se sabe con certeza quién introdujo el entramado de globo en los Estados Unidos. Los edificios de principios del siglo XIX en Ste. Genevieve, Missouri , pueden ser precursores del entramado de globo. ^{[ 17 ]} El primer edificio que claramente utilizó el entramado de globo fue un almacén construido en 1832 en Chicago por George Washington Snow o Augustine Deodat Taylor. ^{[ 21 ] [ 15 ]} Ambos hombres llegaron a Chicago desde Nueva Inglaterra, donde el uso de madera ligera para entramados ya era común. ^{[ 16 ]} El crítico de arquitectura Sigfried Giedion cita la atribución del arquitecto de Chicago John M. Van Osdel de la década de 1880, así como la Historia de Chicago de AT Andreas de 1885, para acreditar a Snow como "inventor del método del entramado de globo". ^{[ 22 ] [ 23 ]} En 1833, Taylor construyó la primera iglesia católica en Chicago, St. Mary's, utilizando el método del entramado de globo; Este edificio fue trasladado y reconstruido varias veces antes de incendiarse en el Gran Incendio de Chicago en 1871. ^{[ 24 ]}

En la década de 1830, Solon Robinson publicó artículos sobre un revolucionario sistema de entramado, conocido posteriormente como «entramado globo». El sistema de Robinson utiliza madera estándar de 2x4 pulgadas clavada entre sí para formar una estructura robusta y ligera. Los constructores se mostraron reacios a adoptar esta tecnología; sin embargo, para la década de 1880, algún tipo de entramado de 2x4 pulgadas ya era estándar. ^{[ 25 ]}

Aunque la madera abundaba en la América del siglo XIX, la mano de obra cualificada escaseaba. La llegada de clavos baratos fabricados a máquina, junto con los aserraderos hidráulicos a principios del siglo XIX, hizo que la construcción con entramado ligero resultara muy atractiva, ya que no requería carpinteros altamente cualificados, a diferencia de las uniones de cola de milano , las mortajas y las espigas necesarias para la construcción con postes y vigas. Por primera vez, cualquier agricultor podía construir sus propios edificios sin una larga y compleja curva de aprendizaje. ^{[ 26 ]}

Se ha dicho que la construcción con entramado ligero de madera pobló el oeste de Estados Unidos y las provincias occidentales de Canadá. Sin ella, las ciudades de auge del oeste ciertamente no habrían podido florecer de la noche a la mañana. ^{[ 27 ]} Sin embargo, este tipo de construcción requería montantes muy largos, y a medida que los árboles altos se agotaron en la década de 1920, la construcción con entramado de plataforma se generalizó. ^{[ 28 ]}

La estructura de entramado ligero presenta dificultades en la extinción de incendios, ya que muchos edificios antiguos con este tipo de estructura carecen de barreras cortafuegos o de sellado contra incendios en las cavidades abiertas del entramado, y un incendio puede propagarse verticalmente en poco tiempo. Dado que las cavidades del entramado del piso y del entramado de la pared están interconectadas, el fuego puede propagarse rápidamente por toda la estructura. Muchos edificios con estructura de entramado ligero son anteriores a la introducción de los códigos de construcción que exigen el sellado contra incendios, y un incendio puede propagarse del sótano al ático en cuestión de minutos. ^{[ 29 ]}

La principal diferencia entre la estructura de plataforma y la estructura de globo radica en las líneas del piso. Los montantes de la pared de globo se extienden desde el umbral del primer piso hasta la placa superior o la viga final del segundo piso. La pared con estructura de plataforma, en cambio, es independiente para cada piso. ^{[ 30 ]}

Los materiales para estructuras ligeras suelen ser madera o acero rectangular, tubos o perfiles en C. Las piezas de madera se unen normalmente con clavos, tornillos o fijaciones; las piezas de acero se unen con tornillos de cabeza plana o tuercas y pernos. Las especies preferidas para los elementos estructurales lineales son las maderas blandas como el abeto, el pino y el abeto. Las dimensiones de los materiales para estructuras ligeras varían desde 38 x 89 mm (1,5 x 3,5 pulgadas) , es decir, un número dimensional de 2 x 4 pulgadas, hasta 5 x 30 cm (2 x 12 pulgadas) en la sección transversal, y longitudes que van desde 2,5 metros (8,2 pies) para paredes hasta 7 metros (23 pies) o más para vigas y cabrios. Recientemente, los arquitectos han comenzado a experimentar con estructuras modulares de aluminio precortadas para reducir los costos de construcción en obra.      

Los paneles de pared construidos con montantes se interrumpen con secciones que proporcionan aberturas brutas para puertas y ventanas . Estas aberturas suelen estar cubiertas por un dintel o cabecero que soporta el peso de la estructura sobre la abertura. Los cabeceros generalmente se construyen para descansar sobre montantes , también llamados soportes. Las áreas alrededor de las ventanas están definidas por un alféizar debajo de la ventana y montantes más cortos que cubren el área desde la placa inferior hasta el alféizar y, a veces, desde la parte superior de la ventana hasta un cabecero, o desde un cabecero hasta una placa superior. Los arriostramientos diagonales de madera o acero proporcionan resistencia al corte (resistencia horizontal), al igual que los paneles de chapa clavados a los montantes, alféizares y cabeceros.

Las secciones de pared generalmente incluyen una placa inferior que se fija a la estructura del piso y una, o más comúnmente dos placas superiores que unen las paredes y proporcionan soporte a las estructuras sobre la pared. Los marcos de piso de madera o acero generalmente incluyen una viga de borde alrededor del perímetro del sistema de viguetas del piso, y a menudo incluyen material de arriostramiento cerca del centro de un tramo para evitar el pandeo lateral de los elementos de soporte. En la construcción de dos pisos, se dejan aberturas en el sistema de piso para la escalera, en la que las contrahuellas y los peldaños se fijan generalmente a caras cuadradas cortadas en las zancas inclinadas de la escalera.

Los revestimientos de paredes interiores en construcciones con estructura ligera suelen incluir paneles de yeso , listones y yeso o paneles decorativos de madera .

Los acabados exteriores para paredes y techos suelen incluir revestimientos de madera contrachapada o compuesta , chapas de ladrillo o piedra y diversos acabados de estuco . Las cavidades entre los montantes, generalmente separadas entre 40 y 60 cm (16 y 24 pulgadas) , suelen rellenarse con materiales aislantes , como guata de fibra de vidrio o relleno de celulosa , a veces fabricado con papel de periódico reciclado tratado con aditivos de boro para la prevención de incendios y el control de plagas .  

En la construcción natural , se pueden utilizar balas de paja , cob y adobe tanto para paredes exteriores como interiores.

La parte de la estructura de un edificio que cruza diagonalmente una pared se llama barra en T. Su función es evitar que las paredes se derrumben con las ráfagas de viento.

La madera tratada a presión se utiliza cuando una placa inferior está expuesta a la humedad exterior, incluso cuando está en contacto con el hormigón.

Los techos suelen construirse con una superficie inclinada destinada a evacuar la lluvia o la nieve, con pendientes que van desde 1:15 (menos de una pulgada por pie lineal de luz horizontal) hasta pendientes pronunciadas de más de 2:1. Una estructura de entramado ligero construida principalmente dentro de paredes inclinadas que también sirven de techo se denomina estructura en A.

En Norteamérica, los techos suelen cubrirse con tejas asfálticas, de fibra de vidrio y de grava fina, aunque se utiliza una amplia variedad de materiales. ^{[ 31 ]} El alquitrán fundido se usa a menudo para impermeabilizar techos planos, pero entre los materiales más recientes se incluyen el caucho y los materiales sintéticos. Los paneles de acero son una opción popular para cubrir techos en algunas zonas, debido a su durabilidad. Los techos de pizarra o teja ofrecen una opción más tradicional para techos de estructura ligera.

Los métodos de entramado ligero permiten la construcción sencilla de diseños de techo únicos; los techos a cuatro aguas, por ejemplo, se inclinan hacia las paredes en todos los lados y se unen en las vigas de cadera que se extienden desde las esquinas hasta la cumbrera. Los valles se forman cuando dos secciones de techo inclinadas drenan una hacia la otra. Las buhardillas son pequeñas áreas en las que las paredes verticales interrumpen la línea del techo y que están rematadas por pendientes que generalmente forman un ángulo recto con la sección principal del techo. Los hastiales se forman cuando una sección longitudinal del techo inclinado termina para formar una sección de pared triangular. Los claristorios se forman por una interrupción a lo largo de la pendiente de un techo donde una pared vertical corta lo conecta con otra sección del techo. Los techos planos, que generalmente incluyen al menos una pendiente nominal para evacuar el agua, a menudo están rodeados por muros de parapeto con aberturas (llamadas imbornales ) para permitir que el agua drene. Los canalones inclinados se construyen en los techos para dirigir el agua lejos de áreas con drenaje deficiente, como detrás de una chimenea en la parte inferior de una sección inclinada.

En zonas con poca o ninguna profundidad de congelación, los edificios de estructura ligera suelen erigirse sobre cimientos monolíticos de losa de hormigón que sirven tanto de piso como de soporte para la estructura. Otros edificios de estructura ligera se construyen sobre un espacio de acceso reducido o un sótano , utilizando vigas de madera o acero para unir los muros de cimentación, generalmente construidos con hormigón vertido o bloques de hormigón .

Los componentes de ingeniería se utilizan comúnmente para formar estructuras de pisos, techos y cubiertas en lugar de madera maciza. Las vigas en I (cerchas de alma cerrada) suelen estar hechas de madera laminada, generalmente de álamo astillado , en paneles de tan solo 1 cm (0,39 pulgadas) de espesor, pegados entre miembros laminados horizontales de menos de 4 cm x 4 cm ( dos por dos ), para cubrir distancias de hasta 9 m (30 pies) . Las vigas y cabrios de celosía de alma abierta suelen estar formados por miembros de madera de 4 cm x 9 cm ( dos por cuatro ) para proporcionar soporte a pisos, sistemas de techado y acabados de techo.        

Tradicionalmente, la estructura de plataforma se limitaba a cuatro pisos, pero algunas jurisdicciones han modificado sus códigos de construcción para permitir hasta seis pisos con protección contra incendios adicional. ^{[ 32 ]}

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• Corporación Canadiense de Hipotecas y Vivienda (2005). Construcción de casas canadienses con estructura de madera . ISBN 0-660-19535-6.

• Lienhard, John H. (1993). Los motores de nuestro ingenio . Episodio 779. NPR . KUHF-FM Houston. "Casas con estructura de globo" .
• Consejo Canadiense de la Madera. Archivado el 24 de marzo de 2009 en Wayback Machine : herramientas de diseño para la construcción en madera, estudios de caso y referencias. 
• "Manual de la madera" Archivado el 15 de marzo de 2007 en Wayback Machine : la madera como material de ingeniería.