7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos

7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos
7.a. Introducción Generalidades Conceptos iniciales Fallas 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura Representación de encuentros Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos Generalidades Programas de gran formato Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Sistemas abiertos Prefabricación Medios de manufactura BIM y detallamiento asistido por computador

7.a. Introducción Generalidades 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Generalidades Los sistemas estructurales en acero para proyectos de arquitectura son relativamente recientes, pues sus primeros usos fueron mayormente como fachadas, revestimientos, u obras civiles como puentes e infraestructura pública. Los distintos modelos estructurales poseen en común un aprovechamiento ventajoso de las cualidades del acero como material de alta resistencia en pequeñas secciones, resultando en modelos generalmente simples y posibles de sintetizar en diagramas de esfuerzos de baja complejidad, idealizados como elementos lineales (barras).

7.a. Introducción Conceptos iniciales 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Conceptos iniciales Una de las principales propiedades del acero, de gran utilidad para describir los diagramas de esfuerzo de distintos sistemas estructurales, es su similar comportamiento bajo requerimientos de compresión y de tracción. Para ello se definirán algunos términos propios del comportamiento del acero para su posterior uso durante la clase. Éstos son: elasticidad, fluencia, pandeo y deformaciones remanentes. En el gráfico se observa el comportamiento de una probeta de acero bajo un ensaye de esfuerzos de tracción y compresión. Este gráfico es típico para el ensayo de probetas de acero, y se caracteriza por las 4 etapas mencionadas en la figura. La elasticidad del acero es una de sus mayores propiedades, y se define como su capacidad de retomar su forma original luego de ser sometido a ciertas condiciones de esfuerzo como tracción, compresión o flexión. Es decir, que no mantiene deformaciones remanentes. Esto ocurre siempre y cuando la cantidad de esfuerzo que se aplique sobre el material lo mantenga en su zona elástica. Todas las estructuras de acero, al momento de ser diseñadas y calculadas, deben mantenerse en la zona elástica para evitar deformaciones remanentes, aunque existen métodos alternativos que se basan en las particularidades de algunos elementos, que alcanzan la zona inelástica sin provocar el colapso de la estructura.

7.a. Introducción Conceptos iniciales 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Para evitar las fallas y mantener los elementos estructurales en una zona segura de deformaciones es fundamental un control preciso sobre el modelo estructural, conocer sus limitaciones y ventajas, y lograr sintetizar sus cualidades en diagramas de esfuerzos o descripciones del “sistema de fuerzas”. Lo anterior le permitirá al profesional definir desde el sistema estructural general hasta los detalles de unión y llegada al suelo, colaborando complementariamente al proyecto de arquitectura en la definición del lenguaje constructivo del edificio. Al momento de alcanzar una estabilidad entre el sistema de fuerzas que se aplica sobre el edificio, y su estructura, se puede decir que existe un equilibrio elástico. Si bien no profundizaremos en alternativas de cálculo, sí cabe mencionar que existen variados métodos para la cuantificación de la estabilidad del edificio, como el “Método de Vianello”, o el Método de Newmark. En la imagen es posible ver la simplificación de una estructura de acero de geometría compleja: el terminal de pasajeros de Yokohama, en Japón, de la oficina Foreign Office. A pesar de constituir una superficie variable formada por cerchas variables, cada elemento estructural es posible de ser aislado del resto del edificio y considerado una viga simplemente apoyada para efectos de cálculo, más simple de visualizar y restándole complejidad al problema de diseño.

7.a. Introducción Conceptos iniciales 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico En este caso, a pesar de la variación geométrica de los componentes y de la evidente complejidad formal del proyecto, es posible mantener análisis detallados de la estructura siempre y cuando se conozcan previamente las solicitaciones de esfuerzos y condiciones de apoyo, de modo tal de simplificar el problema de diseño hasta un modelo conocido y fácilmente dimensionable.

7.a. Introducción Fallas 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Fallas Una cantidad de esfuerzo tal que mantenga al material fuera de su zona elástica generalmente requiere de una baja cantidad de energía para producir fracturas o deformaciones como el pandeo. Este nivel de esfuerzos saca al material de su zona elástica y es llamado “fluencia” del acero. Es por esto que al momento de proyectar y calcular estructuras, se toman coeficientes de seguridad que impidan fallas de este tipo. El pandeo es un tipo particular de falla, pues se produce exclusivamente bajo esfuerzos de compresión y no siempre implica una fractura. Consiste en la deformación de elementos estructurales de acero (o partes de éstos) producto de fallas localizadas. En la imágenes, es posible visualizar a la izquierda una serie de fallas producidas por un exceso de esfuerzos en una conexión rígida: Fractura de los atiesadores, Fractura en las soldaduras, Fractura en el alma de la columna Pandeo en el alma, y Ruptura de la columna. Mientras que a la derecha, una imagen de una columna fallando por pandeo local del ala de la viga.

7.a. Introducción Fallas 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico En muchos casos es necesario realizar pruebas de laboratorio para asegurar la integridad de la estructura no sólo durante su operación, sino también durante su construcción, traslado e instalación durante la construcción del edificio. Para el caso de estructuras laminares, como los cascos de embarcaciones, también es necesario evitar el pandeo o alabeo de las placas metálicas sometiéndolas a cálculos y pruebas de deformación. En las imágenes es posible notar algunas pruebas y ensayos: Pandeo torsional de un envigado de entrepiso. Pandeo en el alma de una viga (ensayo de laboratorio) Deformaciones en una plaza rigidizada (ensayo de laboratorio). Es posible graficar la magnitud de las deformaciones con curvas de nivel sobre la placa.

7.a. Introducción Fallas 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Otro tipo de falla, menos frecuente en estructuras de una planta, son las rótulas plásticas. Su control es fundamental, pues no sólo afecta a elementos estructurales aislado sino sus vínculos, pudiendo producir el colapso de las estructuras solicitadas. Las rótulas plásticas ocurren cuando, debido a solicitaciones extremas, el acero fluye y rotula uniones que originalmente han sido proyectadas como rígidas. Esto puede llevar al colapso de las estructuras en caso de no tomar las precauciones necesarias para evitar las fallas. En las figuras, una serie de fallas por rótulas plásticas en uniones rígidas, en donde es posible identificar pandeos locales ya sea en el alma o las alas de los perfiles. Existen una serie de modelos estructurales arriostrados que buscan impedir este tipo de fallas diseñando sistemas rotulados.

7.a. Introducción Fallas 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Un modelo que prevé esta falla es el modelo de arriostramientos excéntricos. Este tipo de arriostramientos mantiene, intencionalmente, secciones de vigas más susceptibles a fluir en caso de esfuerzos de corte excesivos. Sin embargo, las diagonales mantienen su integridad estructural evitando el colapso de las estructuras, o por lo menos, evitando su caída.

7.b. Diagramas y herramientas de análisis
7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Diagrama de cuerpo libre El diagrama de cuerpo libre (DCL) es una herramienta propia de las ciencias físicas para simplificar un sistema. Para ello, el objeto físico es aislado de su contexto y sometido a un análisis que en este caso, es estático. El sistema de fuerzas se hace evidente precisamente ocultando sus causas y develando sólo los efectos que éstas tienen sobre el objeto en el espacio. Esta ausencia de contexto es una de las causas que distancian el cálculo de la referencia arquitectónica, al no permitir visualizar la obra como un sistema completo sino separándola en partes para una comprensión parcial y sesgada de los fenómenos físicos.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Diagrama de cuerpo libre Es fundamental que en primer lugar, los diagramas de cuerpo libre cumplan con la 2da Ley de Newton, que indica que la sumatoria de fuerzas para un objeto estático es igual a cero. Una vez identificadas las fuerzas que actúan sobre él, es posible identificar los requerimientos estructurales a los que está sometido y formular estrategias de visualización, como los diagramas de momento, deformación, tensiones internas, entre otros. Para eso, es fundamental entender el efecto que las fuerzas ejercen sobre las estructuras, cómo esos esfuerzos se conducen al suelo y qué alternativas de diseño estructural existen para esos fines.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Identificación de elementos estructurales Para explicitar las relaciones entre las fuerzas y estructura, y determinar el modelo más pertinente al sistema de fuerzas descrito en el Diagrama de Cuerpo Libre, es fundamental identificar los elementos estructurales que lo conforman. En muchos casos, no será posible identificar a simple vista los tipos de uniones, secciones y elementos que lo componen. Un caso evidente y de gran escala es la Galería de las Máquinas de Dutert (1889), en donde la unión rotulada es evidente. Por otro lado, los diagramas de la derecha, a pesar de su variedad formal, representan todos sistemas de marcos y son perfectamente asimilables para efectos de diseño y cálculo.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Identificación de elementos estructurales Para evitar esta -aparente- disociación entre forma y modelo estructural, se debe nuevamente aislar el objeto de estudio, pues en la gran mayoría de los casos los edificios están construidos bajo sistemas estructurales ya existentes. En las imágenes es posible ver modelos idealizados de distintos modelos estructurales de una planta, formados por líneas que no nos indican dónde el sistema puede estar rotulado, o cómo es su llegada al piso, ni su envergadura.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Identificación de elementos estructurales Los distintos sistemas estructurales pueden ser develados teniendo en consideración: la disposición entre los elementos estructurales, y las uniones entre éstos. Para esto, a continuación se dictarán algunas convenciones y lenguaje gráfico para la representación de elementos y uniones estructurales para un análisis estático. En las imágenes es posible observar 4 alternativas de simplificación en la descripción de uniones para sistemas de estructuras espaciales tridimensionales.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Representación de encuentros 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Uniones articuladas Las uniones rotuladas se caracterizan por evitar que los elementos estructurales sean afectados por esfuerzos de flexión o momento. Sin embargo mantienen las cargas de tracción y compresión, a no ser que sean uniones deslizantes. Éstas últimas generalmente se utilizan para estructuras con una alta tasa de variación dimensional, como puentes y pasarelas. Existen múltiples soluciones constructivas para uniones rotuladas, y son utilizadas tanto entre los elementos estructurales como entre la estructura y el suelo. Se representa en muchos casos con un circulo que indica la posición de la rótula. Asimismo, el hecho de que una rótula permita el movimiento en el eje del plano no conlleva necesariamente que lo hará en otro. En las imágenes, el conjunto de uniones rotuladas diseñadas por Richard Rogers para el Centro Comercial de Saint Herblain.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Representación de encuentros 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Uniones articuladas Las uniones rotuladas y su ventaja de impedir los esfuerzos de flexión en los elementos estructurales son ampliamente utilizados en estructuras de gran formato: marcos articulados, sistemas de cables, arcos tensados, entre otros. En la imagen, son claramente identificables las rótulas de los marcos triarticulados de la Estación de Trenes de Waterloo, en Londres.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Representación de encuentros 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Uniones articuladas La llegada al suelo de las estructuras también puede ser considerada una unión rotulada. Representada en la mayoría de los casos con un triángulo, tampoco requiere grandes secciones ni cantidad de material, pues puede girar libremente sobre una rótula.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Representación de encuentros 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Uniones rígidas Por otra parte, las uniones rígidas no impiden los esfuerzos flectores. Por ello al momento de proyectar una unión rígida es necesario aumentar la cantidad de material para lograr distribuir los esfuerzos internos e impedir fallas. En la imagen, un aumento de material y evidente refuerzo en la unión rígida entre una viga y un pilar en el proyecto de un supermercado en Interlaken, Suiza; diseño de Wyler (1964).

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Representación de encuentros 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Uniones rígidas A pesar de ello, su ventaja es que garantizan el ángulo ortogonal entre los elementos, minimizando las deformaciones. Generalmente se utilizan en edificios de pequeño tamaño para el caso de estructuras de una planta, como viviendas. Sin embargo pueden ser encontrados en edificios en altura y mediana altura.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Representación de encuentros 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Uniones rígidas La fundación rígida, si bien impide las deformaciones de la llegada al suelo, posee una mayor facilidad de fabricación que la fundación rotulada. Requiere generalmente de uniones de anclaje apernadas, mientras que la fabricación de una rótula es un proceso más complejo. En la imagen, el detalle de la fundación rígida del marco para la estación de St Pancras, en Londres (1868).

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico a b c Uniones rígidas: a._ Unión ortogonal rígida. b._ Unión ortogonal rígida. Se utiliza en menor medida al interpretar una cartela o diagonal estructural que impide la rotación. c._ Unión rígida entre un elemento lineal y un muro (empotramiento). d._ Unión ortogonal rígida. El símbolo de 90° generalmente se dibuja en gráficos de deformación para indicar las uniones que a pesar de estar sometidas a deformaciones, mantienen la ortogonalidad en el punto de unión. e._ Unión ortogonal rígida. El aumento de las secciones en las uniones rígidas puede indicar con cierta precisión la forma final del sistema estructural. f._ Fundación rígida o empotramiento de un pilar con el suelo. d e f

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico a b c Uniones rotuladas: a._ Unión rotulada. b._ Unión rotulada. El uso del punto como indicador de una rótula generalmente se utiliza en diagramas de esfuerzos y diagramas de cuerpo libre. c._ Unión rotulada para elementos lineales. Ya que no siempre la unión rotulada es ortogonal, el ángulo entre los elementos lineales varía. d._ Unión rotulada. e._ Fundación rotulada. f._ Fundación rotulada deslizante, permite el movimiento en el eje perpendicular. d e f

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico a b Combinaciones y aplicaciones prácticas de las convenciones gráficas. En el ejemplo, varios modelos y configuraciones distintos para un mismo resultado formal: a._ Estructura formada por un marco biarticulado en la base con elementos rígidos en sus laterales. b._ Variaciones de 2 marcos rígidos unidos por una rótula central. c._ 2 marcos rígidos vinculados entre sí por una viga simplemente apoyada. d._ Un gran marco rígido con su viga superior parcialmente apoyada por 2 pilares rotulados. c d

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Las distintas representaciones generalmente conllevan distintas aproximaciones materiales y solución de detalles constructivos. En las imágenes se ven distintas alternativas de representación y análisis para un elemento reticulado de una viga tipo Warren, donde sus uniones, secciones y materiales pueden variar manteniendo el mismo modelo estructural.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Una cabal comprensión del análisis del sistema de fuerzas permite desarrollar de manera incipiente pero completa la capacidad de observación como primer paso para el análisis y diseño estructural. En los gráficos, distintas aproximaciones y usos de distintos lenguajes gráficos: diagramas de secciones, deformación, y sistemas de fuerzas para diagramas de cuerpo libre en estructuras de una planta.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Generalidades 7.d. Desarrollo tecnológico Usos En las estructuras de una planta, el acero es posible de utilizar en proyectos de diversas escalas. Desde viviendas unifamiliares hasta estaciones de trenes y aeropuertos, los modelos estructurales muchas veces se repiten y se “escalan” según los requerimientos de cada proyecto. Para ello es fundamental la capacidad de observación y síntesis, que permitirán al estudiante definir con precisión los distintos modelos. A modo de ejemplo, en la diapositiva se muestran 2 proyectos realizados por Mies Van der Rohe, de distintas escalas pero con un equivalente modelo estructural de marcos rígidos: la casa Farnsworth (izquierda, construida en 1949) y el pabellón Crown Hall (derecha, construido en 1962). En ambos casos es posible verificar las uniones rígidas entre los elementos estructurales.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Generalidades 7.d. Desarrollo tecnológico Si bien las solicitaciones estructurales son distintas, en estos casos la decisión del arquitecto por un mismo modelo estructural obedece a la necesidad -propia de otras obras del autor- de liberar la planta de elementos estructurales, proyectando marcos que se apoyan en el suelo en un plano próximo o equivalente al plano de cerramiento. En las secciones con perspectiva se puede identificar que en ambos casos, los sistemas de marcos se encuentran afuera del plano de cerramiento, en ambos casos formados por planos acristalados. Casa Farnsworth, 1949 Crown Hall, 1962

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Generalidades 7.d. Desarrollo tecnológico Desde ese punto de vista, se le puede considerar al Crown Hall como una excepción en las estructuras de su tipo al ser un marco rígido, pues generalmente los marcos de mayor envergadura poseen una o más articulaciones que les permiten impedir deformaciones de la estructura y minimizar las tensiones internas. Sin embargo, esta misma característica permite equiparar su funcionamiento estructural con marcos de menor escala, lo que queda en evidencia al observar las notoriamente mayores secciones estructurales y distanciamientos.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de gran formato Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico A pesar del volumen requerido en ciertos programas de arquitectura, las estructuras de acero pueden utilizarse en modelos estructurales de una planta. Si bien existen modelos más pertinentes para ciertos programas, por ahora sólo se enumerarán los posibles usos del acero. Además, cabe realizar la salvedad de que también existen materialidades más apropiadas para ciertos modelos estructurales. Por ejemplo, tal es el caso del hormigón armado para los sistemas de muros y contenciones, y para los núcleos rígidos de edificios en altura de estructura mixta. Con el fin de clasificar la información disponible, los usos posibles del acero se nombrarán bajo los siguientes programas de uso: a._ Programas de gran formato: industrias, bibliotecas y edificios educacionales, estaciones y aeropuertos. b._ Programas de pequeño formato: vivienda, andenes, pabellones, fachadas y componentes constructivos para sistemas mixtos.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de gran formato 7.d. Desarrollo tecnológico Industrias La necesidad de grandes luces para faenas productivas, la rapidez en la ejecución y la modularidad de los componentes constructivos están entre las principales razones para escoger el acero para edificaciones industriales. Se ha llegado al punto de ofrecer en el mercado galpones industriales prefabricados para múltiples usos. Generalmente una planta industrial puede separarse en 3 grandes áreas: carga y descarga de materiales y productos, área de fabricación o producción, y un área administrativa. Salvo ésta última -que es la menor-, las demás requieren de grandes volúmenes de espacio libre de elementos estructurales. En la imagen, la Fábrica de Renault diseñada por Foster (1984) está conformada por un modelo estructural del tipo “taburete”, definido por un conjunto de módulos prefabricados de acero de 24x24 mt. Cada módulo posee su propio juego de pilares y elementos de cubierta, incluyendo elementos tensiles o cables que apoyan las vigas de la cubierta. Detalle de pilares y cables de cubierta Isometría con el despiece del módulo estructural Detalle de cerramiento

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de gran formato 7.d. Desarrollo tecnológico Bibliotecas y edificios educacionales Con requerimientos similares a los edificios industriales, la infraestructura educacional también posee casos de construcción en acero para estructuras de una planta. Sin embargo a diferencia del anterior, la mayoría de las estructuras poseen niveles intermedios o materialidades mixtas que subdividen el espacio en otros menores: salas de clases, oficinas, dependencias administrativas, entre otros. En las imágenes, la Biblioteca Nacional de París (1875) está conformada por una serie de arcos de hierro con pilares del mismo material. Si bien existe un símil con la arquitectura religiosa, ésta última generalmente posee materialidades propias de los sistemas de masa: mampostería, albañilería u hormigón.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de gran formato 7.d. Desarrollo tecnológico Estaciones Desde las primeras estaciones de trenes y transporte terrestre, éstas han requerido grandes luces para soportar una alta carga ocupacional, así como un correcto desplazamiento y operación de trenes. El modelo estructural más recurrente para este programa son los marcos, principalmente en estaciones construidas durante la primera mitad del s. XX. La estación de St Pancras en Londres ( ) posee una cubierta en forma de bóveda, formada por arcos con apoyos empotrados que impiden las deformaciones laterales apoyándose en muros de albañilería. Alcanza una altura de 29 mts, y una luz de 74 mts. Corte transversal Detalle de anclaje

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de gran formato 7.d. Desarrollo tecnológico Aeropuertos A diferencia de las estaciones de trenes, los aeropuertos han recurrido a múltiples estrategias para plantear modelos estructurales. Muchos de ellos son sistemas de una planta que en su interior albergan estructuras menores con los programas de uso. Eso le otorga a este tipo de programas ciertas libertades formales, convirtiéndose en un campo de experimentación para el diseño de infraestructura de gran formato. Ejemplos de ellos son el recientemente adjudicado aeropuerto de Shenzhen de Massimiliano Fuksas, o el Aeropuerto para Beijing proyectado por Foster. En las imágenes, el recientemente construido aeropuerto de Zaragoza ( ) por los arquitectos Vidal y Asociados es otra muestra de aquello.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de gran formato 7.d. Desarrollo tecnológico Aeropuertos El aeropuerto de Zaragoza posee una estructura con pilares irregulares ramificados que soportan vigas curvas en su cubierta. Cada sección estructural es distinta aunque todas se rigen por el mismo principio del marco rígido.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Vivienda Programas de pequeño formato El mercado de la vivienda acepta y asimila cada día más el sistema estructural en acero tipo “steel framing”, consistente en perfiles de acero conformados, galvanizados, de bajo espesor. Este sistema consiste en un entramado estructural en el eje de los cerramientos verticales, y cuya facilidad de manipulación e instalación en obra permite estructurar todo tipo de elementos: entrepisos, muros y techumbres. Sin perjuicio de lo anterior existen casos de viviendas fabricadas con sistemas de marcos rígidos o módulos tridimensionales. En las imágenes, el proyecto “Vivienda unifamiliar en Montagut” de la oficina RCR Arquitectos, conformada por una estructura simple de vigas y pilares en un solo nivel. La modularidad de la planta y las grandes luces le permiten un alto porcentaje de vanos y una distribución simétrica en la planta, favoreciendo su comportamiento frente a solicitaciones sísmicas.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Vivienda Si bien el sistema “steel framing” posee ciertas desventajas con respecto a los perfiles de acero convencionales, sobre todo en lo referido a la menor protección contra incendios por el menor espesor del perfil, aunque este aspecto es de menor consideración al no haber problemas de evacuación al utilizarse en edificios de baja altura, y la corrosión, aunque actualmente se utiliza sólo perfil galvanizado, su ligereza y menor costo, por ser un sistema estandarizado, lo han posicionado rápidamente como un producto líder en el mercado de la construcción de viviendas. Su comportamiento frente al reciente sismo del 27 de febrero del 2010 en Chile ha sido óptimo, no registrando en las casas construidas con este sistema daño estructural.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Andenes e infraestructuras urbana Por su alta resistencia contra el medio ambiente y acciones de vandalismo, el acero ha sido siempre objeto de desarrollo para equipamiento e infraestructura pública: andenes, mobiliario, cubiertas provisorias, sombreadores, andamiajes, pavimentos, pórticos, torres y miradores, entre otras estructuras. Con una correcta mantención y adecuada protección contra los efectos abrasivos del medio, es un material duradero que ha permitido múltiples propuestas de diseño. En este caso, las imágenes se han enfocado sólo a proyectos de una planta: a._ Andenes prefabricados tipo Corus Rail, Inglaterra. Modelo estructural de vigas y pilares para construir el entrepiso. b._ Puente peatonal de acceso a la ExpoZaragoza, Zaha Hadid. Modelo estructural tridimensional. c._ Sombreadero en un paseo peatonal en Valparaíso, Chile. Arq. Emilio Marín y Nicolás Moreno. Sistema de pilares y una placa rígida compuesta por hexágonos. a b c

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Pabellones La capacidad de prefabricación y facilidad de montaje han sido los aspectos que han llevado a diseñadores a proyectar estructuras temporales en acero. Refugios y pabellones generalmente se mantienen por lapsos predeterminados de tiempo y no se esperan usos adicionales una vez terminado el evento para el cual fueron proyectados. Excepciones a esa regla han sido obras icónicas y de importancia superlativa en la historia de la arquitectura, como el Palacio de Cristal de Paxton o el Pabellón Alemán para la Expo Barcelona de 1929, proyectado por Mies van Der Rohe (en las imágenes). Su resolución formal y los detalles de su estructura -como la sección en forma de cruz de sus pilares- lo mantienen hasta el día como una de las obras que exponen de mejor forma al movimiento moderno.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Fachadas y componentes constructivos para sistemas mixtos Por último, en las estructuras de una planta el acero también es utilizado para componentes de sistemas mixtos, ya sean estructurales o como parte del cerramiento. Ya se mencionó el sistema steel framing en el caso de la construcción de viviendas, pero sin prejuicio de ello existen casos del uso de acero en elementos de fachadas y componentes interiores prefabricados. En las imágenes, la vivienda Dejardin del Arquitecto Pierre Hebbelinck ( ) esta formada por una estructura de vigas y pilares de acero, y un cerramiento formado por planchas de acero tipo corten que rigidizan la estructura a modo de placas autosoportantes. El montaje de la vivienda se realizó en un día.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Sistemas abiertos Desarrollo tecnológico Sistemas abiertos Los distintos sistemas constructivos y estructurales han alcanzado con el paso del tiempo una mayor capacidad de estandarización y complementariedad. Ya es común encontrar sistemas de fijaciones o building fixtures que permiten vincular sistemas aparentemente distintos, y combinar sus características a través de sistemas de uniones constructivas o estructurales. El caso ejemplificador son los edificios en altura con núcleo rígido y envolvente metálica. Para el caso de estructuras en acero de una planta, generalmente esta diferenciación se expresa en la distinta materialidad entre la estructura y el cerramiento. En las imágenes, la casa Ball Eastaway del arquitecto Glenn Murcutt expresa claramente esa diferencia, a pesar de utilizar el mismo material para ambas capas.

Desarrollo tecnológico Sistemas abiertos 7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Sistemas abiertos Los sistemas abiertos permiten precisamente intercambiar elementos y componentes entre sí. Los sistemas en acero como el steel framing y los sistemas de marcos son combinados con otros materiales y sistemas para completar las funciones estructurales de un proyecto en particular. Los actuales mejoramientos tecnológicos y sistemas de manufactura asistidos por computador cada vez permiten mayores soluciones constructivas y de uniones. En las imágenes, el edificio NEXT21 del arquitecto Yositika Utuda es representativo del sistema “open building”. Combina sistemas constructivos en hormigón y acero, y posee diseños independientes para cada unidad de viviendas y sus respectivos sistemas de instalaciones. Pese a la complejidad técnica de la construcción, el uso de un sistema abierto permitió la incorporación de especialistas para cada sistema constructivo particular.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Prefabricación Prefabricación La prefabricación de elementos de acero nació junto con su origen como material de construcción; la construcción en talleres de elementos estructurales como vigas y pilares, dieron paso a la posterior prefabricación de los sistemas de uniones como soldaduras y perforaciones de uniones apernadas. Actualmente la prefabricación ha avanzado a la construcción de componentes completos: elementos estructurales ya unidos entre sí, disminuyendo al mínimo la cantidad de uniones a realizar en obra. En casos excepcionales, como los indicados en las imágenes para una vivienda unifamiliar, la prefabricación incluye no sólo componentes constructivos sino recintos completos: conjuntos de componentes que conforman tanto la estructura como el cerramiento del edificio.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Prefabricación Desarrollo tecnológico Mejoramiento en uniones y tolerancias Tolerancias de fabricación de secciones rectangulares. Por lo descrito anteriormente, cada vez han disminuido los márgenes de tolerancia aceptables para la fabricación de estructuras de acero. Para barras u otros elementos lineales de 6 mts de largo, las tolerancias de deformación producto de variaciones térmicas no superan los 5 mm. Otro tipo de tolerancias, como la rectilineidad de las barras planas (chapas de acero para la fabricación de perfiles soldados), no superan los 6,5 mm por cada 1,50 metro. Si bien cada país u organización posee distintas normas de tolerancia de fabricación para piezas de acero, la desviación estándar es baja y son datos comparables. Tolerancias de fabricación de secciones tipo L

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico Medios de manufactura Medios de manufactura Los nuevos medios de manufactura permiten simplificar el trabajo en los talleres. El rubro de la manufactura ha crecido con el doble de rapidez que el rubro de la construcción, apoyando en muchos casos la fabricación de partes y piezas. Procesos como el prototipado rápido, el corte bidimensional asistido por computador y fresado de piezas con maquinaria de control numérico son sólo algunas de las técnicas utilizadas. Por otro lado, tecnologías como la BIM (Modelos de Información de Edificios, Building Information Model), han dado paso a especialidades profesionales en la secuencia diseño-detallamiento-fabricación, a través de los protocolos de, por ejemplo, el BIM Steel Detailing (Detallamiento de Estructuras de Acero basado en BIM). En las imágenes, se puede ver la interfaz de usuario de un programa basado en tecnología BIM para el diseño, cálculo y detallamiento de estructuras de acero basadas en diagramas de líneas. A la derecha, 2 máquinas (fresadora e impresora de control numérico) comúnmente utilizadas para la fabricación de partes y piezas detalladas.

7.a. Introducción 7.b. Diagramas y herramientas de análisis 7.c. Usos 7.d. Desarrollo tecnológico BIM y detallamiento asistido por computador En la imagen es posible identificar la secuencia de pasos comúnmente seguidos bajo la modalidad de trabajo con modelos de información de edificios: definición de ejes estructurales, solución de condiciones de rótulas y empotramientos (definición del modelo estructural), detallamiento de secciones y finalmente, detallamiento de uniones.

7.a. Introducción Generalidades Conceptos iniciales Fallas 7.b. Diagramas y herramientas de análisis Racionalización de la estructura Representación de encuentros Lenguaje gráfico y convenciones 7.c. Usos Generalidades Programas de gran formato Programas de pequeño formato 7.d. Desarrollo tecnológico Sistemas abiertos Prefabricación Medios de manufactura BIM y detallamiento asistido por computador

Bibliografía Hart, Henn y Sontag (1976) El Atlas de la construcción metálica. Casas de pisos, Editorial Gustavo Gili Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank (1992) Architecture and Construction in Steel, E & FN Spon. Instituto Técnico de Estructuras de Acero ITEA, Versión Española del Programa Europeo de Formación en Cálculo y Diseño de la Construcción en Acero. Departamento de Arquitectura Universidad Técnica Federico Santa María 2010 Elaboración del guión: arq. Alejandro Veliz Reyes Revisión: arq. Sandro Maino Ansaldo Locución: arq. Sandro Maino Ansaldo Diseño: arq. Francisca Rodriguez Leonard 48

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