jueves, 27 de mayo de 2010

Sistemas estructurales de Altura activa (rascacielos)

LAS FORMAS VERTICALES

Son sistemas estructurales que recogen las cargas de los pisos horizontales colocados uno encima del otro y las transmiten verticalmente a los apoyos.



Figura 7.4

Debido a su altura y las acciones horizontales de viento y sismo, su estabilidad lateral es un componente principal de la edificación. Para el soporte de las cargas y su estabilidad se requiere una masa considerable en la sección de los apoyos o columnas, que reduce la disponibilidad arquitectónica de la planta del edificio.

Son las estructuras usadas en los modernos «rascacielos», que ya sobrepasan los 100 pisos de altura. Los sistemas de tubo, cercha vertical, tubo en tubo, núcleo- pantalla y combinaciones de ellos permiten soportar las grandes exigencias de los vientos y sismos en edificaciones en altura.




Figura 7.5 Esquema de los sistemas: tubo en tubo y tubos en paquete, adaptada de ref. 4

Los «sistemas de tubo» se basan en crear una estructura con columnas en la fachada poco separadas que se unen con las vigas en cada piso. Los elementos arquitectónicos de tipo vertical se vuelven estructurales, creando un sistema que actúa como un tubo perforado o una caja rígida que se proyecta en voladizo desde el suelo, bajo la acción de las fuerzas horizontales. Este sistema es denominado también de «fachada resistente». Las columnas trabajarán basicamente a tensión o compresión, suministrando la capacidad a volcamiento de la estuctura, sin momentos flectores. Las torres del comercio en Nueva York de 102 pisos, tenían este sistema en acero estructural.

El sistema de«tubo en tubo» combina la «fachada resistente», con un nucleo rígido de concreto reforzado (ver figura 7.5); los dos sistemas se unen mediante un conjunto de vigas en cada piso; la planta básica de cada una de las Torres Petronas en Malasia, tieneneste sistema en concreto reforzado de gran resistencia conformado con diez y seis (16) columnas circulares de concreto reforzado de alta resistencia ubicadas en el poligono cerrado exterior que se muestra en la figura 7.6, unidas al nucleo central por donde se disponen los aacensores y escaleras de las torres.


Figura 7.6. Esquema vertical y planta típica de las torres Petronas, Malasia, 452 m , 1997, adaptada de ref. 9

En las estructuras de acero las columnas se pueden colocar más separadas que en los sistemas en tubo, peroconectándolas con miembros diagonales en la fachada, para hacer que trabajen en conjunto (edificio John Hancock Center, de 100 pisos, en Chicago-figura 7.7).

El sistema de los «tubos en paquete» permite aprovechar las columnas interiores, que en el caso de sistemas de tubo con grandes áreas de piso serían poco eficaces; se disponen las columnas cercanas en módulos tubulares (ver figura 5.12 derecha), para mejorar su funcionamiento bajo fuerzas horizontales como las de viento. El edificio Sears de Chicago, con sus 110 piso es en la actualidad el edificio más alto en las Américas con este sistema (ver figura 3.2).



Figura 7.7. Edificio John Hancock, Chicago, acero estructural; sistema estructural: fachada resistente, reforzada con diagonales, 100 pisos, tomada de ref. 4
En la figura 7.8 se muestra la planta estructural de un piso típico (donde aún no se suspende ningún tubo) del edificio Sears, que conforma un «sistema de tubo en tubo», con tubos cuadrados aporticados de 75 pies (22,5 m aprox) de lado, separación de columnas de 15 pies (4,5 m) y empaquetado ennueve áreas o tubos, los cuales además, se interrumpen a diferentes alturas (ver figura 5.12), sin afectar la integridad estructural del edificio.




Figura 7.8. Planta típica de la Torre Sears en Chicago, piso 35 a 42, tomado de ref. 4



Figura 7.9: Torre Colpatria, en concreto reforzado, 50 pisos, Bogotá

La construcción de un edificio alto requiere de un trabajo en equipo muy cuidadoso, pues además de las consideraciones del sistema estructural para soportar las fuerzas horizontales y las necesidades arquitectónicas, estoscontienen grandes y costosos sistemas verticales de transporte de personas, y sistemas eléctricos y mecánicos de suministro de energía,de comunicación, información, enfriamiento y/o calefacción, que requieren grandes alturas de entrepiso para poder disponer de ellos fácilmente, durante la construcción, y su mantenimiento posterior.

Además de la ubicación de los sistemas electromecánicos antes mencionados, deben tenerse en cuenta factores tales como: el sistema estructural, adecuado para soportar las acciones horizontales, el área de cada piso, la altura total del edificio (número de pisos), la altura del entrepiso (que permita disminuir las congestiones de ductos para servicios), las luces (los arquitectos siempre buscan grandes luces, para tener espacios más libres y flexibles), los materiales estructurales y no estructurales.

Puede decirse que existe, tecnológicamente hablando, la posibilidad de construir edificios de 1000 m de altura. Sin embargo, los problemas de concentrar 20.000 o 30.000 personas en un espacio tan reducido, los nuevos problemas del «terrorismo», y las dificultades para lograr un comportamiento social satisfactorio, hacen que aún sea un reto esta idea, de la cual ya hay proyectos.

Con el atentado terrorista a las «torres gemelas en Nueva York» (sept 11 del 2001), la planeación y diseño de estas construcciones cambiará. La sicosis creada hace difícil que estas construcciones sean atractivas en el futuro. Sin embargo, siempre habrá soluciones, que recogerán experiencias anteriores en el uso de materiales y sistemas estructurales. El concreto reforzado de «alta resistencia» que fue usado en las columnas de las torres Petronas en Kuala Lumpur, Malasiapermite soportar los problemas creados por el fuego en los perfiles estructurales de acero y evitar el «colapso progresivo» como el ocurrido en las torres de WTC de NY.

En noviembre de 2003 se inauguró en Taipei (Taiwan) la denominada “Taipei 101 Tower” que con sus 508 m de altura (incluyendo su aguja de 60 m), es considerada por algunas organizaciones como el edificio más alto del mundo, sobrepasando la altura de las Petronas.

Esta torre destinada a oficinas, locales comerciales y parqueaderos es construída en acero estructural, con columnas tubulares de acero de 80 mm de espesor y rellenas de concreto de alta resistencia (10.000 psi), y tiene un dispositivo de amortiguación, con una esfera de acero de 800 t de peso, en el piso 88, que le permite controlar las oscilaciones normales del edificio; el efecto causado por los grandes sismos que afectan a la isla de Taiwan, no es atendido por este sistema.



Figura 7.10 Torre de Taipei, 508 m de altura, 101 pisos. Tomada dela Revista, El espectador, Nº 179

La altura de la aguja ha sido polémica entre las organizaciones que no tienen en cuenta la altura de las antenas, agujas o elementos de decoración para medir la altura de los rascacielos. Para ellos, la “Torre de Taipei” no sería el edificio más alto de mundo en la actualidad y tal vez lo sería el edificio Sears en Chicago, cuyo último piso está a 443 m.



Figura 7.11 Comparación de alturas de edificios más altos. Adaptada dela Revista, El espectador, Nº 179



Un rascacielos es un edificio particularmente alto y continuamente habitable. A menudo también se denomina rascacielos a aquellos edificios que destacan por su altura sobre los de sus alrededores; esto último se fundamenta en la definición del Council on Tall Building and Urban Hábitat (CTBUH).
"La altura de los rascacielos es un término relativo[1] , generalmente comparativo con el contexto. El primer edificio considerado como tal no tenía más que 5 alturas... y ahora se han alcanzado casi los 500 m de altura. No existe una medida internacional, aunque sí una definición dada por el Council on Tall Building and Urban Hábitat (CTBUH) con base en Pennsylvania que dice que un rascacielos 'es un edificio en el que lo vertical tiene una consideración superlativa sobre cualquier otro de sus parámetros y el contexto en que se implanta'. Hoy en día el significado es mezcla de lo anterior."
Comparativa de los rascacielos más altos del mundo. En rojo aquellos que se encuentran en construcción (la construcción del Chicago Spire se encuentra actualmente en suspenso).

También existe un criterio basado en altura bastante popular, situando el límite inferior en unos 500 pies (152,5 metros) de altura. A partir de 1000 pies de altura (unos 305 m) un edificio suele ser considerado rascacielos superalto. La razón de su construcción suele ser el máximo aprovechamiento económico del suelo. Por ello, suelen encontrarse múltiples rascacielos agrupados en las zonas comerciales o residenciales de grandes ciudades, donde el valor del suelo es elevado. Sin embargo, en el caso de los grandes rascacielos, la motivación económica suele ser en realidad inexistente, pues el exceso de altura conlleva gastos todavía mayores. En estos casos la motivación es puramente publicitaria, ya que estos grandes edificios, en especial si logran la etiqueta de "edificio más alto" (de la ciudad o país), adquieren relevancia y notoriedad, y dotan de una imagen de poder y bonanza económica a sus propietarios.

Estas agrupaciones de rascacielos suelen dibujar una línea de horizonte característica de muchas ciudades, como Nueva York, Chicago, Ciudad de México, Ciudad de Panamá, Shanghái, Hong Kong, Tokio, Fráncfort del Meno, Madrid, Dubái ó São Paulo.
Contenido
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* 1 Historia
o 1.1 Torres
o 1.2 Proyectos futuros
* 2 Ventajas e inconvenientes
* 3 Referencia
* 4 Véase también
* 5 Enlaces externos

Historia [editar]
En 1998 las Torres Petronas ocuparon el primer puesto como las torres más altas del mundo, superando al Sears Tower en Chicago.
Torre Mayor de la Ciudad de México.

Creados en Chicago (Estados Unidos), y perfeccionados en Nueva York, los rascacielos fueron una creación estructural que revolucionó el panorama urbano de los últimos cien años, siendo hoy día un símbolo de modernidad en todo el mundo. El elemento principal que permitió el desarrollo de los rascacielos fue el ascensor, si bien otros avances técnicos posibilitaron el progresivo aumento de altura. Entre ellos destacan el acero, el hormigón armado, el vidrio, y la bomba hidráulica. Antes del siglo XIX los edificios de más de seis plantas eran raros, ya que su excesiva altura los hacía poco prácticos. Además, los materiales y técnicas necesarios para construir un rascacielos son notablemente diferentes de los empleados en edificios convencionales.

Los primeros rascacielos aparecieron a finales del siglo XIX en ciudades con altos índices de población como Nueva York, Londres o Chicago. Sin embargo, los constructores de Londres y Chicago se encontraron con normas que limitaban su altura, y en la Europa continental hubo dudas acerca de su seguridad frente a incendios o a su estética, por lo que en los primeros años del siglo XX Nueva York fue la ciudad pionera en este tipo de construcciones.

El primer edificio considerado como rascacielos fue el Home Insurance Building, diseñado por el estadounidense William Le Baron Jenney. Fue construido entre 1884 y 1885 y constaba de diez plantas. No obstante, hoy en día su altura no resulta impresionante y, de hecho, si fuera construido en la actualidad no sería considerado rascacielos. Otro posible candidato a primer rascacielos sería el World Building, de 20 plantas y construido en Nueva York en 1890. Sin embargo, para los estándares modernos, el primer rascacielos auténtico sería el Park Row Building de Nueva York, con 30 plantas, construido en 1899. En Europa el primer rascacielos fue el Edificio Telefónica, construido en Madrid, entre 1926 y 1929.

A partir de los años 30 comenzaron a aparecer rascacielos en ciudades de Iberoamérica (São Paulo,Ciudad de México, Buenos Aires, Caracas, Panamá, Santiago, Bogotá) y también en Asia (Shanghái, Hong Kong, Tokio,Taiwan, etc.)

Tras la Segunda Guerra Mundial la Unión Soviética planificó la construcción de ocho grandes torres; las Torres Stalin, siete de las cuales fueron llevadas a cabo. El resto de Europa comenzó también a construir grandes edificios: en Madrid se construye el primer edificio de más de 100 metros en 1950 (Edificio España).

Otro rascacielos notorio es la torre Sears, terminada en 1976. Mide hasta su techo 442 m, pero contando sus antenas, alcanza los 527 m. Las Torres Petronas son las torres gemelas más altas del mundo, con 452 metros. El Shanghai World Financial Center tiene una altura de 492 m, siendo el más alto sin contar las antenas. El Taipei 101 alcanza los 502 m, y 529 contando la antena. Pero, desde principios de 2010, el edificio más alto del mundo es el Burj Dubai, de 200 pisos,[2] que se eleva hasta los 828 m y está ubicado en Dubái, la ciudad más poblada de Emiratos Árabes Unidos.
Torres [editar]

Las torres no son propiamente rascacielos, pues sólo están habitadas parcialmente, pero durante mucho tiempo han rivalizado con los rascacielos por obtener el récord de altura: en los años 70 se terminó la Torre CN, que superaba por pocos metros a la Torre Ostankino moscovita, de los años 60. Ambas han sido recientemente superadas por la Torre de televisión de Cantón, todavía sin inaugurar.
Proyectos futuros [editar]

Se ha empezado también a trabajar en el que podría ser el futuro rascacielos más alto del mundo, que estaría ubicado en Buenos Aires, Argentina. El edificio tendría una altura de 1000 m, y se llamaría Forum baf. De realizarse, el edificio tendría prevista como fecha de inauguración el 2016.

Este rascacielos sería superado por el Al Burj; una propuesta que de concretarse mediría 1.050 m de altura.

A su vez, en junio de 2009 se anunció que el Rascacielos más alto del mundo va a construirse en Arabia Saudí.[3]
Ventajas e inconvenientes [editar]
El Taipei 101 fue el edificio más alto del mundo hasta el 2007, su estructura se puso a prueba cuando un terremoto azotó la ciudad, mientras estaba en construcción.

La principal ventaja de los rascacielos es la de obtener una gran cantidad de superficie útil en un espacio de suelo reducido. Este suele ser el motivo por el que los promotores inmobiliarios deciden emprender este tipo de obras, ya que la posibilidad de vender o alquilar una gran cantidad de viviendas u oficinas suele compensar el enorme coste de construir estos edificios.
El Empire State es el rascacielos mas simbólico de Estados Unidos; al fondo el edificio Chrysler.

La razón por la que las empresas tienden a agruparse en estos edificios es que la concentración de personas y servicios en un área reducida permite una mayor eficiencia económica. La concentración de sus empleados en un único edificio permite a las empresas obtener un mayor rendimiento, ya que se hacen innecesarios los viajes o los envíos por correo o por servicios de mensajería. Por las mismas razones, la concentración de un número elevado de empresas facilita los intercambios entre ellas. Esto, por supuesto, podría hacerse en edificios de menor tamaño, pero los rascacielos permiten que esto se dé en el centro de las grandes ciudades, donde los medios de transporte público facilitan el acceso a empleados y clientes.

Además, esta concentración permite la utilización de medios de transporte público como el metro en lugar del automóvil o el autobús, con lo que esto supone en la reducción de contaminación atmosférica. Relacionado con lo anterior, los medios de transporte verticales (ascensores y escaleras mecánicas) son más eficientes que los medios de transporte horizontales (automóviles, autobuses...). De esta forma, el consumo energético derivado del transporte se reduce.

Pero existen también inconvenientes: la alta concentración de población que suponen los rascacielos exigen grandes inversiones en infraestructuras de transporte, instalaciones de suministro de agua, electricidad, comunicaciones, saneamiento, etc. Instalaciones cuyo coste recae en las instituciones municipales, que a cambio cobran grandes cantidades de dinero para otorgar ese tipo de licencias.
Complejo Parque Central, los rascacielos más altos de Sudamerica.

Existen también problemas derivados de su gran altura:

* Hacer que el agua llegue a los pisos más altos sin que revienten las tuberías de los pisos más bajos. Para ello se bombea por etapas y se guarda en depósitos en los pisos intermedios.
* Los ascensores deben ser rápidos, por la necesidad de no emplear mucho tiempo en llegar al piso deseado, pero unas aceleraciones excesivas pueden provocar desmayos.
* Peores condiciones para soportar terremotos. Sin embargo, esto se tiene en cuenta en su diseño llegando a ser más resistentes que los edificios bajos construidos por métodos convencionales. Los 5 más resistentes son: El Taipei 101, el U.S. Bank Tower, La Torre Mayor, la Torre Pemex y la Torre Latinoamericana.[cita requerida]
* Un edificio alto soporta peor el viento, y en el cálculo de su estructura se tienen en cuenta las oscilaciones horizontales, tanto por la altura como por el hecho de que el viento es más fuerte cuanto más nos distanciemos del suelo.
* Los cimientos deben soportar mucho peso y grandes momentos debidos a la fuerza horizontal ejercida por el viento. Por ello deben ser anchos y profundos, y además deben diseñarse de una forma especial para soportar los terremotos.
* La acumulación de una gran masa en la misma vertical puede producir a nivel geológico y geofísico desequilibrios sismológicos, como los sucedidos en Taipei [1].

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