Análisis técnico-económico de la influencia que presenta el empleo de diferentes materiales y tipologías estructurales en el proyecto de estructuras de edificios

Los edificios proyectados y construidos responden a un amplio espectro de usos y tipologías estructurales. Sin embargo, en los últimos años se presenta un claro predominio estadístico de unos respecto a otros. Los datos recogidos de las obras realizadas entre los años 1990 y 1997 en la Delegación Madrid.Edificación II del mayor grupo constructor del país, reflejan que el 57% de los edificios tiene uso de vivienda, el 70% de las estructuras están constituidas por pórticos de hormigón armado y forjados unidireccionales, y el 95% de los primeros se encuentran proyectados y construidos con esta tipología. Por otra parte, cuando se plantea el proyecto de una estructura se presenta con relativa frecuencia el dilema sobre el tipo de hormigón y acero a utilizar, buscando alcanzar el óptimo técnico y económico para la misma. Aunque la resistencia característica mínima para un hormigón destinado a uso estructural se encuentra en valores inferiores, el tipo habitualmente usado en edificios de viviendas se sitúa entre el H175 y el H200, con algunas realizaciones con H250 para un número de plantas sobre rasante superior a 10. Con estas premisas se ha desarrollado un estudio sobre el cálculo de estructuras de la tipología citada para edificios del uso descrito. En el mismo se ha planteado inicialmente como variable fundamental el tipo de hormigón y de acero, realizando combinaciones con ambos materiales. También se han considerado como alternativas diversas alturas de edificios, luces entre pilares y cantos de forjados y vigas. Otras posibles variables se han mantenido independientes de la investigación desarrollada. Así, el tipo de cimentación, los muros perimetrales de plantas sótano, el tipo de forjado (vigueta prefabricada armada o pretensada, o nervio "in situ"), puesta en obra del hormigón o de los encofrados, no han sido considerados. Estas y algunas otras pueden no tener una influencia trascendente en la comparación de los parámetros que se estudian, o bien ser por sí mismas una variable que distorsione por completo el resultado, ya que dependiendo de otras circunstancias pueden modificar los mismos totalmente (por ejemplo, el tipo de cimentación). Los principales objetivos que se persiguen con el presente trabajo de investigación son: facilitar unos criterios para la definición geométrica de la estructura y la elección de materiales por parte de promotores, proyectistas y constructores; permitir la estimación de las cuantías de los materiales (acero_v.hormigón) utilizados en la misma; y facilitar una valoración económica sobre diversas alternativas, sobre todo, estableciendo comparaciones relativas entre ellas. Las investigaciones precedentes publicadas, tanto en el ámbito nacional como internacional, son escasas. Entre las primeras sólo se han encontrado comparaciones entre dos tipos de hormigones para algunos edificios concretos, y entre las segundas la tipología analizada responde, fundamentalmente, a forjados constituidos por losas de hormigón armado sobre vigas del mismo material o metálicas. Conocidas ya la realidad estadística de la edificación y los trabajos previos publicados, así como establecidas las variables estimadas como más importantes y representativas a estudiar, se han planteado los modelos para calcular, medir y comparar. Se han clasificado los edificios, en primer lugar, por su altura, estableciendo tres tipos: bajo (2 plantas sótano, 1 planta baja, 5 plantas tipo, 1 planta cubierta), medio (3, 1, 12, 1) y alto (4, 1, 20, 1). Para el primero se calcula la estructura con hormigones de los tipos H175, H200, H250 y H300; para el segundo los mismos y H400; y para el tercero H250, H300, H400 y H500. En todos los casos se realizan dos cálculos, uno con cada tipo de acero (AEH400 y AEH500). En los edificios bajos y medios se consideran dos luces entre pilares: corta (5,00 m) y larga (6,00 m), estimando sólo esta última en los edificios altos. Para la luz corta se han planteado, a su vez, tres cantos distintos de forjado y vigas: 24, 26 y 29 cm, siendo el primero el mínimo recomendado por la "Instrucción para el proyecto y la ejecución de forjados unidireccionales de hormigón armado o pretensado, EF-96" para la luz corta; el canto de 29 cm lo es para la luz larga. Respecto a la geometría de los edificios, la planta de todos ellos es cuadrada, de 30 m de lado. Para poder realizar un estudio de las variables comentadas en párrafos anteriores sin otras influencias circunstanciales, la citada planta no presenta huecos (escaleras, ascensores o comunicaciones verticales de instalaciones), ni zunchos, brochales, apeos o voladizos, existiendo continuidad de vigas y forjados, y siendo todos los vanos iguales. Sobre estas irregularidades en la geometría de la estructura, por otra parte habitual en los edificios construidos, se realiza un estudio detallado, tanto con el cálculo con los mismos criterios sobre un modelo modificado, como con la contrastación con mediciones de proyectos y obras ejecutados. Una vez obtenida la repercusión que las citadas singularidades suponen, incrementando la cuantía de hormigón en pilares y de acero y hormigón en vigas (hasta llegar a duplicar su valor), se desarrolla el estudio sobre los modelos previstos. Los edificios, que suman un total de 80, se han clasificado para ello en 9 grupos