Teja de arcilla estructural

Las tejas de arcilla se han utilizado de diversas maneras durante miles de años. Los romanos fueron de los primeros en utilizarlas en la construcción, empleando vasijas de arcilla para aligerar las cargas de las bóvedas. ^{[ 4 ]} Sin embargo, el primer uso estructural documentado de formas de terracota data del siglo VI en Italia, en la cúpula de la iglesia de San Vitale en Rávena. Las vasijas de arcilla revestidas con yeso aligeraron la carga de la cúpula de forma similar a como se hacía en las construcciones romanas anteriores. ^{[ 3 ]}

El primer uso documentado de tejas estructurales de arcilla en Estados Unidos data de 1853. Frederick A. Peterson diseñó óvalos de arcilla moldeados a mano que colocó entre vigas en I y cubrió con cemento para crear un pavimento. Peterson estrenó su método en el edificio Cooper Union de la ciudad de Nueva York .

Sin embargo, el método de Peterson no se produjo en masa ni se replicó hasta la década de 1870. ^{[ 4 ]} En 1871, Balthasar Kreischer y George H. Johnson patentaron un nuevo método similar al de Peterson, basado en precedentes anteriores, incluidos los del arquitecto británico Joseph Bunnett en 1858, así como en diseños de Peterson. ^{[ 4 ]} Cada uno de estos métodos surgió de la creciente necesidad de proteger los edificios contra incendios tras los grandes incendios que asolaron Estados Unidos durante el último cuarto del siglo XIX.

Antes del uso generalizado de la teja de arcilla estructural, la construcción con ladrillo y mampostería dominaba las técnicas de protección contra incendios. Sin embargo, la construcción con ladrillo y mampostería, especialmente las bóvedas, era pesada, requería mucho tiempo y la construcción de costosos encofrados a medida . ^{[ 4 ]} La teja de arcilla estructural ofrecía una alternativa más ligera, rápida y sencilla.

A principios de la década de 1870, un sistema entrelazado de tejas angulares de arcilla, diseñado para encajar entre sí con una clave, ganó popularidad tras la producción en masa de los diseños de Vincent Garcin para arcos planos segmentados. ^{[ 4 ]} Este arco plano segmentado, desarrollado por Garcin, se utilizó por primera vez en Estados Unidos en la Oficina de Correos de Nueva York , el Edificio Kendall en Chicago y el Edificio de Fabricación Singer en San Luis, convirtiéndose en el uso más extendido de tejas huecas de arcilla hasta finales de siglo. ^{[ 4 ]}

Con su creciente popularidad, la teja estructural de arcilla se convirtió en uno de los materiales más utilizados para la protección contra incendios de construcciones de hierro y acero. ^{[ 4 ]} Sin embargo, su capacidad ignífuga no se comprendió del todo hasta que Peter Bonnett Wight inventó la «zapata de teja» en 1881. La «zapata de teja» cubría el lado expuesto de las vigas metálicas, aislándolas completamente del fuego. ^{[ 1 ]}

La construcción con arcos planos ganó popularidad con el creciente número de edificios que utilizaban elementos estructurales de acero y hierro en su diseño. Los nuevos requisitos del código de construcción en materia de protección contra incendios contribuyeron al uso y la proliferación de tejas de arcilla estructurales en rascacielos y otros edificios de gran tamaño. ^{[ 3 ]}

Después de 1910, los fabricantes comenzaron a probar y desarrollar sistemas de tejas de arcilla estructurales más resistentes y complejos que funcionaban mejor a compresión. Una mayor resistencia a la compresión , que se logró principalmente gracias a la invención del arco de presión en el extremo, permitió que el material se utilizara en tramos de piso más largos. ^{[ 3 ]} Sin embargo, a medida que el hormigón armado ganó popularidad como una alternativa más económica y menos compleja, el uso de tejas de arcilla estructurales en pisos y techos disminuyó. Cada vez más, las tejas de arcilla se usaban dentro de los pisos de hormigón para hacerlos más ligeros, o como encofrado para la construcción de hormigón. ^{[ 4 ] [ 3 ]}

Con el auge de los pavimentos de hormigón armado y las cubiertas metálicas, la teja estructural de arcilla perdió popularidad para su uso en aplicaciones horizontales. ^{[ 3 ]} Si bien el uso de teja estructural de arcilla en pavimentos y techos disminuyó, su uso en paredes gozó de popularidad hasta la década de 1950. ^{[ 4 ]} Los bloques de teja para paredes se siguen fabricando, pero las unidades de teja especiales a menudo requieren encargos personalizados. ^{[ 3 ]} Los arcos de teja de arcilla ya no se fabrican y, debido a la falta de artesanos cualificados para colocar los sistemas de arcos, nunca se reemplazan. ^{[ 3 ]}

Un uso común de la teja de arcilla estructural era la teja de libro, una teja plana hueca que se utilizaba en sistemas de techado. La teja de libro también se utilizaba en pisos elevados para permitir el paso de tuberías y otros sistemas en los edificios. ^{[ 4 ]}

La teja estructural de arcilla se sigue fabricando según procesos históricos: la arcilla se amasa hasta obtener la consistencia adecuada, se extruye, se corta y se cuece en grandes hornos. ^{[ 3 ]} Se utilizan diferentes matrices para cada tipo y forma de teja estructural de arcilla.

Las baldosas de arcilla estructural se clasifican en tres grados: duras, semipermeables y porosas. Cada clasificación se diferencia por el tiempo de cocción durante el proceso de fabricación y se utiliza para distintos fines. ^{[ 3 ]}

La baldosa dura posee la mayor resistencia estructural de las tres categorías y se utiliza principalmente en aplicaciones expuestas a la intemperie. Su dureza resiste la humedad, ya que es menos porosa que otras clasificaciones. Sin embargo, la baldosa dura es menos resistente al fuego, pues tiende a agrietarse con altas temperaturas. ^{[ 3 ]}

Las baldosas semiporosas tienen una resistencia moderada y son resistentes a la humedad.

La baldosa porosa se fabrica mezclando arcilla con paja, serrín u otros materiales que se queman durante el proceso de fabricación, lo que la hace altamente porosa y ligera, además de reducir las cargas muertas estructurales. Los constructores preferían la baldosa porosa para la protección contra incendios, ya que se comportaba bien a altas temperaturas. ^{[ 3 ]}

Las baldosas se clasifican en categorías portantes y no portantes. Las baldosas portantes se describen en la norma ASTM C34, subdivididas en grado LBX, para áreas expuestas a la intemperie, y LB, para aplicaciones protegidas. Las baldosas no portantes se describen en la norma ASTM C56 en un solo grado, NB. Se utilizan para tabiques interiores y pueden colocarse con celdas dispuestas horizontal o verticalmente. Las baldosas pueden ser estriadas para aceptar un acabado de yeso o lisas. Existían formas especiales disponibles para fijarse y ajustarse alrededor de perfiles de acero estructural, proporcionando un cerramiento resistente al fuego para los elementos portantes de acero. ^{[ 5 ] [ 7 ]}

Las baldosas de arcilla estructural se fabrican en una variedad de tamaños estándar, incluyendo espesores de 4 pulgadas (10 cm) , 6 pulgadas (15 cm) , 8 pulgadas (20 cm) , 10 pulgadas (25 cm) y 12 pulgadas (30 cm) , y típicamente dimensiones de cara de 12 pulgadas (30 cm) x 12 pulgadas (30 cm) o 12 pulgadas (30 cm) x 8 pulgadas (20 cm) . ^{[ 5 ]} También se fabricaban baldosas en una serie de formas de cuña graduadas para su instalación entre elementos de acero como una estructura de piso de arco plano ignífugo, para ser cubierta con una superficie de desgaste de concreto en la parte superior. En otros casos, la baldosa de arcilla estructural se utilizaba como material de encofrado permanente para reducir el volumen y el peso de las losas de piso de concreto estructural. ^{[ 8 ]}