CONSTRUCCIÓN Y MATERIALES

TEMA 1. LA CONSTRUCCIÓN Y LOS MATERIALES

1. CONSTRUCCIÓN, MATERIALES Y CONDICIONES AMBIENTALES

La construcción no solo implica materiales y elementos arquitectónicos utilizados en la fabricación de edificios, sino también las técnicas y los procedimientos estudiados, adoptados y desarrollados por el hombre con el fin de aplicar soluciones edificatorias para protegerse, organizarse socialmente y para llevar a cabo sus actividades.

Tumba de Rehkmira - Pintura con constructores, British Museum (siglo XVI-X

La construcción de arquitecturas siempre ha estado mediatizada por las posibilidades de extracción y de transporte y por las técnicas de colocación, de los distintos materiales, según su propia estructura y cualidades funcionales.

La vida del muy noble conde Gerard de Rousillon (1448) - Miniatura con constructores de catedrales góticas

La construcción arquitectónica, por tanto, está condicionada por múltiples factores, como las técnicas de colocación de los distintos materiales. Estos materiales se pueden agrupar según su comportamiento estructural: aquellos que trabajan bien a compresión, a tracción o a flexión.

– Compresión: Un elemento estructural está sometido a un esfuerzo de compresión cuando las fuerzas que actúan sobre él tienden a comprimirlo o aplastarlo. Se trata de dos fuerzas opuestas que actúan hacia el interior del elemento, en la misma dirección pero de sentidos contrarios.

Esfuerzos de compresión

Los elementos arquitectónicos que están sometidos a este tipo de esfuerzos son las columnas, los pilares, pilastras, muros, etc… La piedra, el barro, los conglomerados y los hormigones trabajan bien a compresión.

002 - Columna Templo Madinat Habu (Luxor)

– Tracción: Un elemento estructural está sometido a un esfuerzo de tracción cuando las fuerzas que actúan sobre él tienden a estirarlo. Se trata de dos fuerzas opuestas que actúan hacia el exterior del cuerpo en la misma dirección pero de sentidos contrarios.

Esfuerzos de compresión

Estructuras colgadas, cables, tensores, etc… están sometidos a este tipo de esfuerzo. El acero es un material que trabaja muy bien a tracción.

004 - Portugalete - Puente Vizcaya

– Flexión: Un elemento estructural está sometido a un esfuerzo de flexión cuando las fuerzas que actúan sobre él tienden a doblarlo. Es el esfuerzo típico al que las vigas están sometidas, donde aparece un esfuerzo de compresión en la cara superior y un esfuerzo a tracción en la cara inferior. En una viga, el esfuerzo de flexión hace que la cara superior de la viga tienda a comprimirse mientras que la cara inferior tiende a estirarse. Así pues, un esfuerzo a flexión en realidad es la combinación de un esfuerzo a compresión y a tracción.

Esfuerzo de flexión

La madera trabaja bien a flexión pues tiene un comportamiento linealmente elástico. Al deformarse la viga de madera, las fibras superiores se comprimen y las inferiores se traccionan, generándose en el centro un plano de fibras longitudinales que no sufre deformación alguna, ni a compresión ni a tracción, denominado plano neutro.

006 - Vigas de madera a flexión (Calatañazor)

– Cortante: Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de cortante cunado las fuerzas aplicadas tienden a cortarla o desgarrarla. También se denomina esfuerzo de corte, de cizalla o de cortadura.

Esfuerzo de cortante

En construcción, este tipo de esfuerzos aparecen principalmente en voladizos con una carga en su extremo, como por ejemplo podría ser un peldaño en voladizo.

– Torsión: Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de torsión cuando se aplica un giro sobre el eje longitudinal. Estas fuerzas aplicadas sobre el cuerpo tienden a retorcerlo, produciendo un alabeo seccional.

Torsión

Los esfuerzos de compresión, tracción, flexión, cortantes y torsión son los principales esfuerzos a los que pueden estar sometidos un elemento estructural. Los materiales tienen un comportamiento distinto ante estos esfuerzos. Por ejemplo, el hormigón trabaja muy bien a compresión pero mal a tracción, y el acero, por el contrario, trabaja bien a tracción pero mal a compresión. La combinación de ambos materiales hace que se complementen, apareciendo el material compuesto del hormigón armado. El hormigón armado es simplemente el refuerzo del hormigón con armaduras de acero,  permitiendo mejorar mucho su comportamiento estructural. El hormigón absorbe los esfuerzos de compresión, mientras que los esfuerzos a tracción son absorbidos por el acero de las armaduras.

006a - Tipos Esfuerzos

En la evolución histórica de la construcción, los materiales más utilizados en un principio fueron fundamentalmente de origen vegetal, pétreos y terrosos, es decir, la madera, el adobe, el tapial, el ladrillo, la mampostería o la sillería.

Tumba de Meketre - Maqueta de una casa egipcia, Metropolitan (1981-1975 a.C.)

Estos materiales utilizados en la construcción tradicional se combinaron, como en los entramados de madera y piedra o las estructuras de madera y yeso, originando ingeniosas y variadas soluciones arquitectónicas.

Maqueta casa egipcia, Museo del Louvre (Hacia el 2000-1900 a.C.)

La forma más sencilla de alojamiento humano fue en forma de tienda hasta llegar a soluciones de gran complejidad funcional, como los «conos» de Capadocia.

Cultura villanoviana - Urna cineraria en forma de cabaña (Museo Villa Giulia, Siglo VIII a. C.)

 1.1. La construcción en piedra

Es uno de los materiales que más se ha utilizado en la historia de la construcción, debido en parte a su gran abundancia en el medio y su inmediatez. Según su origen, las rocas se pueden clasificar en ígneas eruptivas, sedimentarias y metamórficas.

– Ígneas o eruptivas: se forman por la solidificación del magma. El proceso es lento cuando ocurre a cierta profundidad de la corteza (originando las llamadas rocas plutónicas o intrusivas), o más rápido si sucede en la superficie (las llamadas rocas volcánicas o extrusivas).

a) Rocas plutónicas: Estas rocas se forman por tanto por un enfriamiento lento, a gran profundidad y en grandes masas del magma. Algunos ejemplos de este tipo de roca son el granito, el gabro, la sienita, la diorita, la tonalita, etc… De todos ellos, el granito es el que más se ha empleado en la historia de la construcción. Se caracterizan por ser muy resistentes, duraderas y que permiten la talla y el pulido.

007 - Palacio Real (Madrid) - Granito

Templo de Herishef - Columna de granito, British Museum (1250 a. C.)

b) Rocas volcánicas: Rocas formadas por enfriamiento rápido de magma o lava a escasa profundidad. Las rocas volcánicas más comunes son el basalto, la andesita, la dacita y la traquita.

El basalto se ha utilizado como material de construcción por diversas culturas, como los Olmecas de México, en el Antiguo Egipto o el pueblo Rapanui. De color oscuro, los basaltos pueden presentar una textura porfídica.

009 - Catedral Nuestra Señora de la Asunción (Clermont) - Basalto

– Sedimentarias: se forman por acumulación de sedimentos transportados por el hielo, agua o el aire, y sometidos a procesos físicos y químicos (diagénesis). Así pues, estos sedimentos se pueden acumular en las orillas de los ríos, en el fondo de barrancos, valles, lagos, mares, y desembocaduras de los ríos. Se van disponiendo formando capas o estratos, y mediante ciertos procesos, estos sedimentos se compactan y cementan, formando las rocas sedimentarias. Estos procesos convierten la arena en arenisca, los lodos calcáreos en caliza, etc… Tanto las areniscas como las calizas son las rocas sedimentarias más utilizadas como material de construcción.

a) Areniscas: Muy fáciles de labrar, pueden presentar diversos colores, aunque predominan el amarillo y tostado. Su facilidad de trabajo se ha utilizado mucho como material de construcción, en especial para las ornamentaciones o elementos decorativos.

010 - El Tesoro Al-Khazneh(Petra) - Arenisca

Iglesia Santo Domingo - Portada occidental (Soria, 1150-1200)

b) Calizas: Rocas cuyo mineral más característico es la calcita o carbonato cálcico, aunque debido a su origen sedimentario, puede presentar una composición muy heterogénea.

011 - Iglesia de San Pablo (Valladolid) - Caliza de Hontoria

Las calizas también son muy apreciadas para la ejecución de elementos decorativas por su gran calidad para el tallado. Algunas piedras calizas utilizadas como material de construcción son las grauvacas, la jurásica, tobas calizas y travertinos.

– Metamórficas: Las rocas metamórficas son las que se forman a partir otras rocas mediante un proceso llamado metamorfismo. Este proceso puede darse tanto en rocas ígneas, sedimentarias u otras rocas metamórficas, cuando éstas quedan sometidas a altas presiones, temperaturas o a un fluido activo que provoca cambios en la composición de la roca. Algunas ejemplos de este tipo de rocas son el gneis (roca metamórfica del granito), serpentina (procedente del olivino), las pizarras (procedente de arcillas) y el mármol (procedente de las dolomías).

. Gneis: Está compuesta por los mismos minerales que el granito (cuarzo, feldespato y mica) pero con orientación definida en bandas, con capas alternas de minerales claros y oscuros. En construcción se utiliza para hacer peldaños, adoquines, mampostería, entre otras.

. Pizarra: Se presenta generalmente en un color opaco azulado oscura y dividida en lajas u hojas planas siendo utilizada en la construcción de tejados por su impermeabilidad.

013 - Pueblo Becerril - Pizarra

Majaelrayo (Guadalajara) - Muro de pizarra en piedra seca

. Mármol: Formada a partir de calizas a elevadas temperaturas y presiones, alcanzando un alto grado de cristalización. El componente básico es el carbonato cálcico, mientras que el resto de componentes son los que dan una gran variedad de colores. Tras un proceso de abrasión, el mármol alcanza un alto nivel de brillo natural, por lo que es muy apreciado en la construcción para la decoración y la escultura.

14 - Taj Mahal - Mármol

Palacio de Avellaneda en Peñaranda - Arco de caliza y columna de mármol (Primer tercio s. XVI)

Basílica San Marcos de Venecia - Detalle fachada con columnas de mármol

1.1.1. Conglomerantes de la piedra. Las construcciones arquitectónicas en piedra pueden ayudarse de un mortero o conglomerante para cohesionar el conjunto. Si no se utiliza ningún conglomerante, entonces se denomina a hueso en seco.

Templo de Ggantija en Malta (Entre 3600 y 2500 a. C.). Muros de grandes piedras colocadas a hueso

Ejemplo de construcciones masivas de piedra de enormes dimensiones colocadas a hueso y con unas juntas mínimas y perfectas lo encontramos en las construcciones prehispánicas americanas.

Tihuanaco (Bolivia) - Templo semisubterráneo (S. II d. C.)

Sacsayhuaman (Perú, S. XV) - Piedras colocadas a hueso

Los conglomerantes son materiales capaces de unir fragmentos de uno o varios materiales y dar cohesión al conjunto mediante transformaciones químicas. Los conglomerantes se utilizan como medio de ligazón, formado pastas llamadas morteros o argamasas. Los conglomerantes más utilizados son el barro, el yeso, la cal y el cemento. Los conglomerantes se pueden clasificar en aéreos, hidráulicos e hidrocarbonatados.

. Conglomerantes aéreos: Se endurecen en contacto con el aire. A este tipo de conglomerantes pertenece el barro, los yesos y las cales grasas. En Egipto, por ejemplo, se utilizaron los limos del Nilo como elemento de unión.

Pirámide escalonada de Zoser (Dinastía III, Saqqara), con conglomerante de limos

. Conglomerantes hidráulicos: Son capaces de endurecer tanto en el aire como en el agua. Un ejemplo de conglomerante hidráulico es el cemento, capaz de fraguar incluso en contacto con el agua. Los cementos están formados por una mezcla de calizas y arcillas, existiendo numerosos tipos distintos según esta composición.

. Conglomerantes hidrocarbonatados:  Endurecen por el cambio de viscosidad con la temperatura. A este grupo pertenecen los betunes.

1.1.2. Mampostería y sillería

Una construcción de piedra puede estar conformada por mampuestos o sillares, dando lugar a fábricas de mampostería o sillería.

. Mampostería: Una fábrica de mampostería está formada por piedras de forma irregular y de tamaño que permite su colocación a mano, y que se les conoce como mampuestos. Dentro de las fábricas de mampostería existen distintos tipos:

Mampostería en seco: No emplea morteros, por lo que hay que escoger los mampuestos uno a uno para que le conjunto tenga estabilidad. Se emplean piedras pequeñas, llamados ripios, para calzar los mampuestos y rellenar los huecos entre éstos.

16 - Iglesia San Pedro (Alquité) - Muro mampostería en seco

Mampostería Ordinaria: Se ejecuta con un mortero de cal o cemento. Las piedras deben adaptarse unas a otras lo más posible para dejar el menor porcentaje de huecos relleno de mortero.

Mampostería Careada: Se labra únicamente la cara destinada a formar el paramento exterior.

Castillo de Berlanga de Duero - Muro mampostería careada

Mampostería Concertada: Se labran los mampuestos en sus caras de junta y de parámetro en formas poligonales, más o menos regulares, para que el asiento de los mampuestos se realice sobre caras sensiblemente planas. Para que el paramento tenga un mejor funcionamiento estructural, hay que evitar que en un mismo vértice concurran cuatro aristas de compuestos. Si estuviese formada por hiladas horizontales, las líneas de juntas verticales deben ser alternadas para favorecer una mejor trabazón al conjunto.

14-piedra-en-seco

Santa Maria de Mixós - Muro de mampostería con ripios

. Sillería: Una fábrica de sillería está formada por sillares o piedras de grandes dimensiones, tallada en todas sus caras, generalmente en forma de paralelepípedo. Para la extracción de estos grandes bloques en canteras es necesario el desarrollo de diversas técnicas y el uso de máquinas para su manipulación.

17 - Ermita Nuestra Señora de las Viñas (Quintanilla de las Viñas) - Sillería

Finalmente, se denomina sillarejo a un sillar labrado más toscamente o de un tamaño más pequeño que un sillar pero mayor que un mampuesto.

Sillarejo con ripio de piedra

1.2. La construcción en barro

El barro es uno de los primeros materiales usados por el hombre para construir refugios, debido a que es una forma muy barata y poco tecnificada de crear paredes y muro. Ha sido ampliamente utilizado por las civilizaciones antiguas, así como por las culturas ubicadas en entornos desérticos, donde escasea la piedra y la madera.

Palomar de tapial de Tierra de Campos (Barcial de la Loma)

1.2.1. Adobe y tapial

Las formas más comunes de construcción en barro son el adobe y el tapial. El adobe es barro mezclado con paja, moldeado en forma de ladrillo y secado al sol. Las dimensiones del adobe tiene que ser adecuadas para poder ser manipuladas con una sola mano. La paja hace que el barro gane en consistencia y en la trabazón, y además evita que se agriete durante el secado. Una vez secado, se tiene que evitar que el barro seco entre en contacto con el agua, porque ésta es capaz de ablandarlo. Hay que protegerlo por tanto de las aguas de lluvia, infiltraciones, etc…

Construcciones de viviendas en adobe típicas de Yemen

El tapial consiste en la construcción de muros con barro empleando un encofrado y compactando a golpes. El proceso es sencillo: se colocan dos maderas paralelas, entre las que se vierte la tierra en tongadas de 10 ó 15 centímetros, y se compacta mediante apisonado. Posteriormente se mueve el encofrado a otra posición para seguir con el muro, mientras la tierra compactada se deseca al sol. El tapial resiste bien los esfuerzos de compresión pero resiste muy mal la tracción y a esfuerzos cortantes, por lo que es frecuente que se fisure con el tiempo. Además presenta un comportamiento inadecuado ante sismos, presentando en algunos casos refuerzos internos de elementos verticales de madera o bambú dentro del muro.

Gran mezquita de Djenne (Mali)

1.2.2. Ladrillo

Con la cocción de arcillas se produce un endurecimiento que da lugar a los materiales cerámicos. Este material tuvo una gran importancia en la historia de la construcción. La arcilla es un material sedimentario de partículas muy pequeñas de silicatos hidratados de alúmina, además de otros minerales como el caolín, la montmorillonita y la illita. La heterogeneidad de sus componentes produce una gran variedad de materiales cerámicos, con distintas propiedades.

Iglesia San Gil, Guadalajara (Siglo XIV) - ábside de ladrillo

Se considera el adobe como el precursor del ladrillo, puesto que se basa en el concepto de utilización de barro arcilloso para la ejecución de muros, aunque el adobe no presenta los cambios físico-químicos de la cocción. Su fabricación es similar al adobe. Primero se humedece la arcilla añadiéndole agua, mezclando y homogeneizando las tierras y se vierte en gradillas o cajas sin fondo para la creación de los distintos elementos constructivos como ladrillos, tejas, baldosas, etc… Una vez en las gradillas, se compacta la mezcla, apisonando, se enrasa y se extrae para dejarlas secar. Una vez que el material está seco se cuece en hornos, obteniendo un material cerámico de mayor dureza.

Los ladrillos han sido utilizados para la construcción desde hace unos 11.000 años, existiendo muestras desde el Neolítico. Presenta numerosas formas, colores, de gran densidad, resistencia, aislamiento térmico y acústico. Los ladrillos se caracterizan por su durabilidad, su facilidad de manejo y adaptabilidad a cualquier forma constructiva.

Iglesia San Miguel, Almazán (Mediados siglo XII) - Torre de

1.3. El hormigón romano

El hormigón es un material compuesto, es decir, es un material que está formado por la unión de diversos materiales. Desde la Antigüedad se buscó la mezcla de diversos materiales como la arcilla, el yeso y calizas para conseguir pastas que no se degradasen fácilmente y que conformaran estructuras estables. Los antiguos romanos emplearon tierras o cenizas volcánicas, llamadas puzolana, que al combinarse químicamente con la cal dio lugar al cemento puzolánico. Añadiendo materiales cerámicos o de baja densidad desarrollaron un nuevo material, denominado opus caementicium, que permitía el desarrollo de elementos constructivos como el arco y la bóveda hasta sus últimas consecuencias.

Pompeya - Termas del Foro - Frigidarium (S. I a. C.) - Bóveda de cañón de opus caementicium

El hormigón romano se podía emplear solo, dándole forma dentro de un encofrado, o usarlo para llenar los espacios entre paredes y bóvedas. En un principio, los romanos revistieron el hormigón con un muro falso de opus quadratum, esto es por sillares de piedra de la misma altura y dispuestos en hiladas paralelas y regulares.

Sin embargo, posteriormente se fueron buscando soluciones más ligeras apareciendo distintas técnicas constructivas:

Opus incertum: Revestimiento de mampostería irregular de piedras pequeñas sin debastar, todo lo más con las caras externas ligeramente alisadas, empotradas en el homigón en líneas horizontales. Esta técnica se generalizó en tiempos de Lucio Cornelio Sila (138 a. C. – 78 a. C.), por ser una solución económica.

Templo de Jupiter Anxur, Terracina (S. I a. C.) - Opus incertum

Opus reticulatum: Mampostería colocados en forma de rombos con el fin de asegurar la consistencia del paramento. Los sillarejos con sección cuadrada, se colocan en rombo para evitar el problema de que coincidieran o estuvieran demasiado cercanas las llagas verticales que en un sillar van contrapeadas. Se trataba de una fábrica laboriosa y de difícil ejecución por lo que quedó limitada a edificios lujosos.

Villa Adriana, Tivoli (S. II d. C.) - Opus reticulatum

Opus latericium o testaceum: Mampostería de ladrillo. Este termino atiende tanto al constituido íntegramente por ladrillos como al aparejo mixto de núcleo de hormigón y revestimiento de ladrillo. Para este segundo caso, los ladrillos eran triangulares y se disponían con el ángulo recto hacia el núcleo del muro. Esta mampostería era más cara que el opus incertum pero más barata que el reticulatum, siendo el mejor desde el punto de vista de la durabilidad y capacidad mecánica.

Ostia antica - Insulae (S. II d. C.) Opus latericium

Opus spicatum: Se trataba de una mampostería de ladrillo, y por tanto de un opus latericium, en el que los ladrillos se colocaban a espina de pez. Este tipo de aparejo se utilizó mucho como pavimento, puesto que aplicado en muros de carga es un poco débil tendiendo a abrirse horizontalmente bajo la compresión los ángulos oblicuos de los elementos.

Villa de Volusii Saturnini (Mediados S. I a. C.) - Opus spicatum

Opus mixtum: Reciben este nombre todas las fábricas que presentan distintos materiales y aparejos. Así pues, a veces era frecuente que un opus incertum fuese terminado en sus esquinas con opus latericium, o que un aparejo de ladrillo se reforzase en las esquinas mediante un opus quadratum. 

Ostia antica - Letrinas (S. II d. C.) Opus mixtum

El hormigón romano empezó a usarse con mucha asiduidad por ser un sustituto barato y eficaz de la piedra, valorándose como un material constructivo y no como un simple relleno.

1.4. La construcción en madera

La madera es uno de los materiales más primitivos, utilizándose abundantemente en el mundo de la construcción. Esto es debido a sus excelentes cualidades: material fácil de transformar o tallar, resistente, buen aislante térmico y acústico, trabaja bien a flexión… etc.

Kizhi Pogost (Siglo XVII)

Dentro de las maderas, existe un amplio rango de dureza, desde maderas muy duras a maderas muy blandas:

– Maderas de gran dureza: boj, encina, roble…
– Dureza media: acacia, alerce, aliso, caoba, castaño, cedro cerezo, fresno, nogal, olmo, peral, pino…
– Maderas blandas: abedul, abeto, avellano, ciprés, pino, chopo…

La madera es uno de los materiales más importantes utilizados en la construcción, tanto como medio auxiliar para posibilitar la construcción con otros materiales (andamios, cimbras, apeos…), como conformando propiamente la estructura. La estructura de madera puede estar formada por una estructura horizontal con vigas de forjados o con estructura de cubiertas.

Mezquita Djuma en Khiva, Uzbequistán (Finales S. XVIII). Estructura horizontal con vigas de forjados y pilares de madera.

Mezquita Djuma en Khiva, Uzbequistán (Finales S. XVIII). Estructura horizontal con vigas de forjados y pilares de madera. 

Las formas estructurales de cubierta con madera posibilitó salvar grandes distancias. Algunas de estas estructuras se denominan a la molinera, de par y picadero de par e hilera parhilera.

Cubierta a la molinera: Es la cubierta más sencilla, utilizada para pequeñas luces. Se forma con vigas de madera en dirección perpendicular a la pendiente que se apoyan sobre un durmiente que transmite las cargas al muro.

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Casa consistorial de Fuentelencina, Guadalajara (S. XVI)

Casa consistorial de Fuentelencina, Guadalajara (S. XVI). Simples estructura de vigas de madera «a la molinera» permiten la elevación de un segundo piso y la cubierta.

Cubierta de par y picadero: Cuando las luces a cubrir superan una determinada longitud, se necesita disponer de más elementos, haciéndose la estructura más compleja. En la cubierta de par y picadero se requiere de un elemento cumbrera, denominado picadero, sobre el que apoyan los pares. Para que esto sea posible, es necesario que el picadero esté apoyado a su vez por algún elemento estructural.

Cubierta de par y picadero

Cubierta de par e hilera o parhilera: Se trata de una cubierta a dos aguas, parecida a la cubierta de par y picadero, pero en este caso, la cumbrera no está apoyada en ningún elemento estructural. Así pues, los pares no se apoyan en la cumbrera, denominada ahora hilera, sino que se enfrentan contra ella. La forma de sustentación de la hilera es a base de la presión horizontal que los pares ejercen sobre ella. Para absorber los empujes horizontales se coloca una pieza que une los extremos inferiores de los pares, llamado tirante nudillo, y que evitan la tendencia lógica de los pares a abrirse.  

Cubierta de par e hilera

Entre los ejemplos más destacados de cubiertas de parhilera castellanas podrían mencionarse los de las naves centrales de San Miguel de Escalada (León) y San Cebrián de Mazote (Valladolid), el claustro del Moral de Santo Domingo el Real (Toledo) o el de San Juan de Castrojeriz (Burgos) y la nave de San Andrés de Campos.

San Cebrián de Mazote - Techo Par e hilera (Siglo X)

Cubierta de par y nudillo: Su estructura es consecuencia de la evolución técnica de las cubiertas de parhilera. En su búsqueda de estabilidad y equilibrio, y con el fin de evitar el cimbreo de los pares en las armaduras de parhilera, se introdujo una nueva viga horizontal -el nudillo– a dos tercios de la altura de los pares, uniendo dos pares enfrentados. Así pues, el conjunto de la armadura adquiere un perfil trapezoidal, claramente diferenciado del triangular de las de parhilera.

Cubierta de par y nudillo

Ciudad Real - Iglesia Santiago - Par y nudillo (Finales S. XIII)

Cubierta de cerchas o cuchillos: Al conjunto formado por los pares y el tirante se le añaden más piezas que triangulan el conjunto y garantizan su indeformabilidad. Al introducir más barras intermedias, la sección de madera necesaria es mucho menor, lo que supone un ahorro de material y el aprovechamiento de piezas, es decir árboles, de menor tamaño. Para conseguir la triangulación de la estructura se pueden introducir barras verticales (montantes si funcionan a compresión o péndolas si funcionan a tracción) y/o barras inclinadas (tornapuntas si trabajan a compresión o tirantillas cuando funcionan a tracción). Existen numerosos tipos de cerchas:

a) Cercha o cuchillo de par y pendolón: Cercha compuesta por los pares, el tirante y una pieza vertical central que trabaja a flexión denominada pendolón (las péndolas centrales cuyo eje coincide con el de simetría de la misma se les llama pendolón). Con ello, la luz del tirante (la pieza de mayor longitud), se reduce a la mitad.

Cubierta par y pendolón

Busa - Iglesia de San Juan- Cercha par y pendolón (1000-1060)

b) Cercha o cuchillo a la española: Al conjunto de la cercha de par y pendolón se le añaden dos tornapuntas que cortan la luz de los pares a la mitad.

Cercha española

c) Cercha inglesa: Los bosques ingleses, ricos en especies frondosas, especialmente robles, castaños y tejos, aportan madera muy robusta pero de poca longitud. Por ello, la solución estructural inglesa se basa en el incremento del número de barras para poder lograr que fueran más cortas, sin renunciar a la luz.

Cercha inglesa

Debido a estas características de los bosques ingleses, también se utilizó otra solución que incluía barras curvas, la denominada «Hammer Beam». Utilizando los troncos curvos de los robles que les permiten obtener secciones curvas de gran resistencia, se sustituye el tirante por un arco. La cercha y sus uniones se complejiza considerablemente pero se consigue una extraordinaria riqueza visual.

Oxford - Christ Church - Great Hall - Cercha Hammer Beam

Oxford - Christ Church - Great Hall (1525) (detalle)

d) Cercha belga: El cuchillo belga incorpora una innovación y es la de prescindir de barras verticales. No obstante se sigue alternando barras diagonales traccionadas (tirantillas) y comprimidas (tornapuntas).

Cercha belga

e) Cercha alemana: Con el cuchillo alemán se simplifica la cercha y se libera el espacio bajo ella. Las barras inferiores cumplen dos misiones y pasan de tirante (en tracción) a tornapunta (en compresión) sin solución de continuidad.

Cercha alemana

Las estructuras de cubierta de madera fueron ya utilizadas desde las construcciones griegas, dejándose vista desde el interior, está ventilada y expuesta a incendios, y cubierta de piezas cerámicas o de piedra al exterior. La forma triangular de las cerchas darán lugar a los frontones clásicos, y las cabezas de los tirantes horizontales crearán la serie de triglifos y metopas.

En Roma se complejizaron las soluciones de estas estructuras de madera mediante la incorporación de correas y la sustitución del tirante de madera por una barra de bronce.

En la Edad Media se producen menos variantes aunque se perfecciona el tipo de uniones entre las barras sin el uso de clavos. Los sistemas de unión más utilizados son los de «media madera«, «cola de milano» y «cajas y espigas«.

A media madera: Se trata de la unión más sencilla consistente en retirar la mitad de la sección de cada pieza. Es utilizado para los encuentros de barras en compresión, como el de los dos pares en la cumbrera.

Unión media madera

Cola de milano: Solución básica para los encuentros de barras en tracción. El corte realizado en el extremo de la pieza tiene forma de trapecio, más ancha por la cabeza que por el arranque.

Unión cola de milano

Caja y espiga: Solución machihembrada, en la que el macho es una espiga cuadrangular, normalmente cortada a tercios en las dos direcciones ortogonales al eje de las piezas. Al igual que la unión «a media madera», sirve para uniones a compresión.

Unión caja y espiga

La mayor complejidad del ensamblaje de las piezas de madera sin el uso de clavos se alcanzó en China con el método constructivo denominado «dougong«. A través de esta técnica constructiva se consiguen techumbres con forma de pirámide invertida apoyadas en pilares, con aleros muy pronunciados donde las puntas se elevan hacia el cielo.

Pagoda Sakyamuni del templo Fogong (1056) (detalle)

En el norte y este de Europa, desde el siglo XI se va a desarrollar la técnica de construcciones con troncos, dando lugar a extraordinarias iglesias de madera de las que aún hoy en día se conservan.

Catedral Gamla Uppsala - Campanario (Siglo XII)

1.4.1. El entramado

El conjunto formado por los pies derechos y vigas de madera, denominado entramado, constituye una estructura espacial estable que permite una gran diversidad formal.

Stratford upon Avon - Casa Nash (1600)

Los espacios que quedan entre la estructura de madera se puede rellenar con una gran variedad de materiales, tanto entre los pies derechos para conformar las paredes o fachadas (barro, adobe, ladrillo, entablados…) como entre las vigas para formar los forjados o cubiertas (madera, piedra, pizarra, etc.). La madera se puede dejar vista al exterior del edificio mientras que los rellenos pueden ser utilizados con un efecto decorativo.

Entramado de madera con relleno de ladrillo

Este tipo de técnica constructiva ha sido muy utilizada en todo el norte de Europa, Inglaterra e incluso en España, como en las zonas de Alcarria o en núcleos de la meseta castellana.

Berlanga de Duero - Casa con entramado visto

 

2. LA CONSTRUCCIÓN PREINDUSTRIAL

Anterior a la revolución industrial, los materiales tradicionales se van a utilizar en diferentes sistemas constructivos para conseguir los espacios necesarios. Estos sistemas se pueden dividir en dos grandes grupos: sistemas estáticos, basados en piezas rectas de gran formato que trabajan a flexión que se apoyan en estructuras masivas de muros y pilares, o los sistemas dinámicos que transforman los esfuerzos a flexión en esfuerzos de compresión que se transmiten hasta las estructuras portantes.

Los sistemas estáticos conforman la arquitectura adintelada o arquitrabada, al estar formada por dinteles y arquitrabes que soportan los esfuerzos a flexión, mientras que los sistemas dinámicos generan arquitecturas abovedadas, pues las piezas que permiten transformar los esfuerzos de flexión en compresión son el arco, la bóveda o la cúpula.

2.1. La arquitectura adintelada

La arquitectura adintelada o arquitrabada se basa en un sistema arquitectónico que utiliza elementos de cierre horizontales y elementos verticales sustentantes. Es una arquitectura cerrada y sólida, de volúmenes dominada por la masa y no por el espacio.

Los primeros ejemplos de arquitectura adintelada pertenecen a las formaciones megalíticas del tercer milenio antes de Cristo, construidos en España, Malta, Dinamarca o Inglaterra, como el conjunto de Stonehenge con enormes piedras verticales coronadas por inmensos dinteles cuidadosamente ensamblados.

Stonehenge (3100 - 2000 a. C.)

La arquitectura mesopotámica y egipcia era fundamentalmente de este tipo y la estructura abovedada prácticamente no existía, salvo algunas excepciones como, por ejemplo, las falsas bóvedas del Templo de Hatsepsut o el Rameseum. En la arquitectura egipcia religiosa o funeraria se utiliza el sistema adintelado en inmensas salas hipóstilas, bosques de enormes columnas que macizan el espacio cubiertos con inmensos bloques de piedra como dinteles.

Templo Akhmenu de Karnak (1478-1426 a.C.)

Continuó su desarrollo en la arquitectura clásica griega donde es predominante y da lugar al arquitrabe, el friso, la cornisa y a una cubierta a doble vertiente que origina el frontón. Columnas de distintos órdenes (dórico, jónico o corintio) conforman las fachadas y sustentan grandes arquitrabes decorados con triglifos y metopas.

Templo de Hera I (ca. 530 a. C.)

2.2. La arquitectura abovedada

Con el Imperio Romano se utilizan nuevas fórmulas para cubrir espacios, llegando a novedosas soluciones basadas en el arco, la bóveda y la cúpula. Se evitan las limitaciones de las estructuras horizontales de madera o piedra hasta entonces utilizadas, permitiendo crear espacios interiores diáfanos, colosales y cada vez más grandiosos.

Un ejemplo de la increíble destreza que alcanzan en las cúpulas es el Panteón de Roma, construido en tiempos de Adriano, con un diámetro de 43.50 metros y la misma altura. La inmensa cúpula se eleva sobre gruesos muros de ladrillo diseñados para soportar los empujes horizontales. La cúpula está construida por vuelos sucesivos de placas de hormigones aligerados con árido de piedra pómez.

Roma - Panteón - Interior (ca. 126 d. C.)

Con el arco, se reducen los esfuerzos verticales, permitiendo el aligeramiento de los muros y por tanto, un mayor espacio interior. La superposición de arcos, como en los acueductos romanos, permite salvar grandes luces con elementos portantes de secciones reducidas.

Durante la Edad Media, la arquitectura evolucionó tomando como base las técnicas constructivas de la arquitectura abovedada romana. En la época románica se emplean elementos masivos que trabajan a compresión, como las bóvedas semicirculares o de medio cañón que apoyan sobre anchos muros de sillería o mampostería horadados por arcos semicirculares o de medio cañón. Todo ello conforma una arquitectura de gran robustez con espacios interiores recogidos y aislados.

Mientras que en la arquitectura románica el peso de las cubiertas abovedadas se reparte a lo largo de los muros portantes, la arquitectura gótica va a concentrar los esfuerzos en puntos concretos.

Abadía de Fontenay - Scriptorio (1119-1147)

Este tipo de solución estructural se consigue con bóvedas nervadas que dirigen los esfuerzos a cuatro puntos concretos, liberando el muro y posibilitando grandes ventanales.

Laon - Catedral - Nave central (1155-1235)

El redescubrimiento de la arquitectura romana realizado durante el Renacimiento, provocó la implantación de la modulación, proporción y simetría. Los métodos constructivos renacentistas se basan en arquitecturas horizontales, centradas y simétricas resueltas con sistemas adintelados, aunque se siguen utilizando las cúpulas para cubrir los lugares centrales de las plantas. Esta misma construcción se seguirá utilizando en el Barroco hasta la aparición de los modernos materiales de construcción.

3. NUEVOS MATERIALES Y RENOVACIÓN ARQUITECTÓNICA

La Revolución Industrial va a permitir la renovación arquitectónica en dos aspectos: la creación de nuevos materiales de construcción (hierro fundido, hormigón…) y la aparición de nuevas tipologías (fábricas, estaciones de ferrocarril, museos…).

Los nuevos materiales constructivos van a permitir salvar grandes luces con piezas rectas consiguiendo interiores de grandes dimensiones libres de estructura con unos procedimientos técnicos de gran simplicidad y montajes de una rapidez extraordinaria, en comparación con las complejas bóvedas utilizadas en la arquitectura anterior.

3.1. El hierro

Aunque el hierro era conocido desde la prehistoria, apenas se había utilizado en la arquitectura. En la antigüedad, romanos y griegos emplearon el hierro como elemento de trabazón para unir sillares. Esta función se mantendrá en épocas medievales e incluso en el propio Renacimiento; Miguel Ángel, por ejemplo, utilizó zunchos de hierro para ensamblar la gran cúpula de San Pedro del Vaticano. Su poca presencia en la construcción durante tantos siglos se debe a dos cuestiones fundamentales: sólo se podía extraer en pequeñas cantidades y su preparación le hacía poco resistente a los cambios atmosféricos. Los avances tecnológicos permiten que el hierro comience a usarse como material propio en el siglo XVIII.

En 1775, se construye en Inglaterra el primer puente en hierro, el «Iron Bridge», que salva una luz de 30 metros a través de dos medios arcos de hierro fundido. Su construcción está más cerca de la madera que al acero: la mayor parte de sus elementos estructurales están comprimidos y sus elaborados y complejos sistemas de uniones recuerdan mucho a los sistemas de caja y espiga propios de las uniones estructurales de madera.

El uso del hierro en el campo de la arquitectura va a ser un proceso lento, en parte debido al gusto académico que consideraba su uso «de mal gusto». La arquitectura industrial fue la primera en incorporar el hierro en lugar de madera como respuesta a los riesgos de incendios. El avance de la tecnología en la fabricación de hierro fundido permite que se aplique a estructuras de edificios de una manera relativamente económica y rápida. No obstante, este hierro colado tiene una baja resistencia a la tracción, no es laminable ni es soldable. Las conexiones de clara inspiración en el lenguaje de la madera avanza hacia el desarrollo de los roblones, que permiten conexiones muy eficientes.

En 1818 se utilizó para una residencia real: el Royal Pavillion en Brigton. Realizado por el arquitecto John Nash, el edificio está concebido en estilo oriental con formas basadas en la arquitectura india. La arquitectura de hierro adquiere un significado de arquitectura altamente representativa, y deja de estar asociado únicamente a la arquitectura industrial.

Londres - Museo Historia Naturalm, Alfred Waterhouse (1873-1880)

Las cualidades del material y su gran resistencia determinaron que rápidamente fuera utilizado para las estructuras de cubiertas de edificios públicos como teatros o grandes almacenes. El actual «Museo de Historia Natural» (1880) de Londres o el «Convent Garden» (1830) de esta misma ciudad son dos ejemplos de estas cubiertas de cerchas de hierro fundido.

Londres - Convent Garden (1830)

La arquitectura de hierro se convierte en símbolo de modernidad y será utilizada en las Exposiciones Universales como el «Hall Central» de París o el «Palacio de Cristal» de Paxton que crea un nuevo espacio arquitectónico de gran transparencia y permeabilidad.

París - Grand Palais - Exterior (1897)

París - Grand Palais - Interior (1897)

3.2. El vidrio y el cristal

El vidrio es un material inorgánico que se obtiene por la fusión a altas temperaturas (unos 1500 °C) de una mezcla de arena de sílice (Si O2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3). Se podría considerar el vidrio como el primer producto de síntesis elaborado por el hombre. Aunque el vidrio existía previamente en la naturaleza en diversas formas, el hombre fue capaz de elaborarlo en complejos procesos de vitrificación de cerámicas y otros pequeños objetos considerados bienes de prestigio o en la evolución de la antigua industria de la fayenza; su descubrimiento se ha de circunscribir a una serie de procesos experimentales que culminarían cuando se consiguió crear una masa líquida, casi pastosa y de gran plasticidad en caliente, lo que permitía trabajarla y darla diversas formas, pero que una vez que se enfriaba era dura y frágil.

Las fuentes escritas que hablan sobre el vidrio son numerosas. En la literatura cuneiforme del segundo milenio a. C. procedente de Mesopotamia existen algunos textos con instrucciones bastante precisas para fabricar pasta de vidrio, indicando los materiales empleados y los componentes necesarios para la elaboración del vidrio, detalles sobre la composición química y la forma de conseguir los colores adecuados, los diferentes tipos de hornos utilizados y la manera de construirlos. Los textos, muy enigmáticos y en ocasiones de difícil comprensión, incluyen también detalles sobre el comportamiento a seguir durante el proceso de fabricación y los rituales referentes a las ofrendas a los dioses que se tienen que realizar para obtener con éxito la pasta vitrea. Sin embargo, estas mismas fuentes no mencionan las técnicas de fabricación propiamente dichas ni su posterior utilización.

Ricas en nomenclatura genérica son las fuentes griegas y latinas que se refieren al vidrio o a materiales afines. El testimonio literario latino más completo referente al vidrio es de Plinio el Viejo (siglo I), quien explica el origen del vidrio como un hecho casual acaecido a unos mercaderes fenicios que se dirigían hacia Egipto para vender natrón (carbonato de sodio). Éstos se detuvieron para cenar a orillas del río Belus y ante la falta de piedras para colocar sus ollas, utilizaron trozos de natrón. A la mañana siguiente, los trozos de natrón se habían fundido y reaccionado con la arena para producir un material duro y brillante, el vidrio. Sin embargo, gracias a la arqueología, se sitúa el origen del vidrio en Mesopotamia hacia la segunda mitad del tercer milenio a. C., en plena edad de Bronce.

Las mejoras técnicas que se han desarrollado para su fabricación han permitido un uso más predominante en el campo de la arquitectura. En el siglo XIII, con el avance de la arquitectura gótica que permitía abrir grandes vanos en el muro para posibilitar la entrada de la luz como un elemento compositivo y simbólico fundamental, el vidrio se utilizó en grandes vidrieras profusamente.

El aumento de la calidad en los procesos de fabricación permiten obtener un vidrio de una gran transparencia y pureza que se denominará cristal (siglo XV) y piezas de mayor tamaño y de grosor uniforme (siglo XVII).

Con la Revolución Industrial del siglo XIX, los procesos industriales van a posibilitar la fabricación de un vidrio de gran calidad, transparencia y de grandes dimensiones, desarrollándose edificios como auténticas «cajas de cristal». Las creaciones de Paxton y Turner y sus invernaderos van a ser decisivas para la aplicación constructiva del vidrio, junto con la sistemática construcción de pabellones de cristal en las diferentes Exposiciones Universales o el desarrollo de los rascacielos que van a afianzar la técnica constructiva.

París - Musée d'Orsay - Victor Laloux (1900)

En la arquitectura contemporánea, el cristal juega un papel decisivo creando grandes superficies traslúcidas, transparentes y aislantes que conforman una fachada autoportante, independiente de la estructura resistente del edificio, denominados «muros-cortina».

Londres - Tower Place - Norman Foster (2002)

3.3. El acero

Madrid - Palacio de Cristal de El Retiro, Ricardo Velázquez Bosco (1887)

París - Museo del Louvre - Pirámide I. M. Pei (1989)

Londres - British Museum - Great Court - Norman Foster (2000)

3.4. El hormigón

Nueva York - Empire State - Shreve, Lamb and Harmon (1931)

Nueva York - Chrysler Building - William van Alen (1930)

Valencia - Ciudad de las Artes y las Ciencias - Santiago Cal

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