RASCACIELOS

OMAR ALEJANDRO PÉREZ LEÓNMTRO. ING. RUBÉN LOZA JARAMILLO

02 DE DICIEMBRE DE 2010

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RASCACIELOS

Se conocen como rascacielos , los edificios particularmente altos y continuamente habitables, así como a aquellos edificios que destacan por su altura sobre los de sus alrededores.

La principal ventaja de los rascacielos es la de obtener una gran cantidad de superficie útil en un espacio de suelo reducido.

ANTECEDENTES HISTORICOSExisten dos acontecimientos que fueron fundamentales para la realización del primer rascacielos.

En 1856, Sir Henry Bessemer, hizo posible la fabricación de acero en grandes cantidades, pero su procedimiento ha caído en desuso, porque solo podía utilizar hierro que contuviese fósforo y azufre en pequeñas proporciones.

Convertidor de Acero Bessemer

Porducía 30 ton de acero en 30 min

ANTECEDENTES HISTORICOS

El inventor estadounidense inauguró el primer elevador destinado al público en un pequeño edificio de cinco pisos de Nueva York, el 23 de marzo de 1857. Este se impulsaba mediante una pequeña máquina de vapor y permitía elevar hasta seis personas a una velocidad de diez metros por minuto.

Elisha Otis, pionero en la construcción de ascensores mecánicos; fundó la Otis Steam Elevator Company en Nueva York.

Primera demostración pública delascensor (Nueva York, 1853)

ESTRUCTURA DE RASCACIELOS

La estructura de un edificio de mas de 10/12 pisos, presenta nuevos problemas resistentes que no son atendidos por los mecanismos habituales de cálculo.

1.- LA ESTRUCTURA

Es el sistema material encargado de transmitir todas las acciones de peso propio, utilización y accidentales desde las distintas partes de la construcción hasta la cimentación, asegurando adecuadamente, los tres aspectos básicos de la misma, que son:

a.- Resistenciab.- Rigidezc.- Estabilidad

Estos tres aspectos forman los pilares del Diseño Estructural ya que la pérdida de cualquiera de ellos conducirá a la misma al colapso.

1.- LA ESTRUCTURA

Frente a cargas horizontales (sismo o viento), las estructuras agotan su rigidez mucho antes que su resistencia. Lo que conlleva a dimensionar por rigidez en lugar de hacerlo por resistencia.

La carga horizontal, es la carga dominante del problema, la estructura de rigidización no debe concebirse como una estructura adicional a incorporarse sobre la estructura para cargas verticales, sino que debe concebirse a la estructura del edificio conforme a las solicitaciones dominantes y luego incorporarse sobre esta a la estructura para cargas gravitatorias procurando la optima distribución de la masa estructural a los efectos de las fuerzas horizontales.

De esta manera aparece en escena el concepto de Sistema Estructural que alude a la manera integrar e interconectar los elementos estructurales básicos procurando distribuir la masa estructural en función de la solicitación dominante del problema, buscando una relación armoniosa entre Resistencia, Rigidez y Estabilidad.

2.- EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Para el Diseño Estructural de un Rascacielos, es necesario ponderar las siguientes problemáticas:

•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 sismos. Sin embargo, esto se tiene en cuenta en su diseño llegando a ser más resistentes que los edificios bajos construidos por métodos convencionales. Algunos de estos edificios son: El Taipéi 101, el U. S. Bank Tower, La Torre Mayor, la Torre Pemex y la Torre Latinoamericana.

2.- EL DISEÑO ESTRUCTURAL

•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 sismos.

•La acumulación de una gran masa en la misma vertical puede producir a nivel geológico y geofísico desequilibrios sismológicos, como los sucedidos en Taipéi.

En la actualidad la ciudad que posee más rascacielos es Hong Kong con más de 8000 superando a Nueva York por 2000.

2.- EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Concebida la estructura como un gran voladizo empotrado en el suelo, el problema resistente se enmarcaría en el ámbito de la flexo-compresión para lo cual la resistencia de materiales brinda en la actualidad soluciones suficientemente acabadas, siempre y cuando se verifique:

I.- Homogeneidad de la secciónII.- Isotropía del materialIII.- Simetría de la sección

Por otro lado, en el edificio en altura los condicionamientos de circulación y de uso del espacio arquitectónico, normalmente se desarrolla un tejido de vigas, columnas y placas, interconectadas entre sí en las tres direcciones del espacio.

3.- EVOLUCIÓN DE LOS RASCACIELOS

En 1885, William Le Baron Jenney, se convirtió en el padre del rascacielos moderno. Al proyectar el Home Insurance Building, un edificio de oficinas de 10 pisos, tuvo la ingeniosa idea de reemplazar a la mampostería portante por un armazón de vigas y columnas de acero sobre los que apoyó los pisos y los muros, ya sin función, y por ende de mucho menor espesor.Esta concepción, que implican tanto un nuevo concepto estructural como un nuevo material: el acero traía consigo ventajas con relación a la construcción con mampostería portante basadas principalmente en la reducción de las secciones brutas de masa estructural:

3.- EVOLUCIÓN DE LOS RASCACIELOS

VENTAJAS DEL ACERO

•Menor interferencia de la estructura con el espacio arquitectónico.•Menor peso estructural, por ende menores cimentaciones.•Menor masa estructural, por ende menor costo de materiales.•Menor masa estructural, por ende menor costo de mano de obra tanto de fabricación como de movimiento de materiales.•Una forma estructural más adecuada para resistir cargas horizontales y pensar en mayores alturas.

3.- EVOLUCIÓN DE LOS RASCACIELOS

Los primeros edificios en altura datan de finales del siglo XIX. El sistema constructivo de la época es el de mampostería portante utilizado en el Monadnock Building de Chicago, un edificio de oficinas de 17 plantas proyectado por los Arqs. Daniel H. Burnham y John W. Root, construido entre los años 1889/1891.En este rascacielos de estructura de mampostería, las cargas gravitatorias son conducidas hacia los cimientos a través de los muros, y las cargas horizontales son también resistidas por los mismos muros actuando como pantallas de mampostería.

4.- LOS RASCACIELOS DE 1ra GENERACIÓN

Por encima de las 20 plantas, se comienza a necesitar restringir la deformabilidad horizontal del pórtico y aparecen como soluciones el pórtico rígido, el enmarcado de pórtico con mampostería y la pantalla de mampostería. Así se logra mantener en los límites de deformación gracias a una adecuada combinación de dichos elementos y aparecen los llamados Rascacielos de Primera Generación.

4.- LOS RASCACIELOS DE 1ra GENERACIÓN

En 1909 la MetLife Tower alcanza los 213 metros, en 1913 la torre Woolworth alcanzaba con 57 pisos los 241 metros, y en 1930 se construyen los dos máximos exponentes el Chrysler Building de 319 metros y 77 pisos y el Empire State Building con 381 metros y 102 pisos ambos más altos que la histórica Torre Eiffel (300 m) de París. Cabe destacar que todos estos edificios se encuentran en servicio en la actualidad, con más de 70 años de vida.

LOS 5 RASCACIELOS MAS ALTOS DEL MUNDO5. TORRES PETRONAS

Las Torres Petronas, situadas en Kuala Lumpur, capital de Malasia, fueron los edificios más altos del mundo entre 1998 y 2003. Estas torres cuentan con una altura de 452 mts. Las torres con 88 pisos de hormigón armado y una fachada hecha de acero y vidrio, se han convertido en el símbolo de Kuala Lumpur y Malasia.

•El arquitecto César Pelli concibió una base en forma de estrella de ocho puntas, símbolo islámico que representa el orden y la armonía; a la que le añadió una serie de convexidades semicirculares para ampliar la superficie útil.

•Los cimientos que soportan las Torres Petronas son los más profundos del mundo, ya que el suelo donde se desplazo este complejo es muy blando; deben aguantar un peso de 270.000 toneladas por cada una de las dos estructuras. En ellos debían fijarse unos macizos pilares a 120 m de profundidad.

CONSTRUCCIÓN TORRES PETRONAS

CONSTRUCCIÓN TORRES PETRONAS

•El edificio de 88 plantas presentaba una inclinación de 2.5 cm con respecto a la vertical hasta el piso 72 de la torre 1, pero el ingeniero de estática Charlie Thornton corrigió el error e inclino las ultimas 16 plantas hacia el lado contrario 0.2 cm por piso.

•Entre los pisos 41 y 42, a 170 m de altura, un puente de 400 toneladas de peso denominado Sky Bridge comunica las dos gigantescas torres. Esta pasarela descansa sobre unos potentes rodamientos de bolas que confieren a estas gemelas de concreto, aluminio y vidrio una estabilidad adicional.

LOS 5 RASCACIELOS MAS ALTOS DEL MUNDO4. INTERNATIONAL COMMERCE CENTRE

El Union Square Phase 7 se localiza en Kowloon, Hong Kong. Cuenta con una altura total de 484 metros y 118 plantas. Su finalización fue en el año 2010, momento en el que se convirtió en el segundo rascacielos más alto de China. El rascacielos cuenta con un hotel de superlujo en las últimas 15 plantas, siendo el hotel más alto del mundo.

El edificio se cataloga dentro del estilo arquitectónico llamado modernismo tardío, usándose para su construcción principalmente cristal y acero.

LOS 5 RASCACIELOS MAS ALTOS DEL MUNDO3. SHANGHÁI WORLD FINANCIAL CENTER

Shanghái World Financial Center es un rascacielos en Shanghái, China el cual es uno de los más altos del mundo. Su altura final es de 492 metros y tiene 101 pisos. En estos momentos es el tercer rascacielos mas alto del mundo.

La característica más distintiva en el diseño del edificio es una abertura en la cima, (originalmente circular de 46 m de diámetro), para reducir el estrés de la presión del viento, así como servir de trasfondo para el diseño. Sin embargo, este diseño cambio, ya que se consideraba que era demasiado similar al símbolo de la bandera japonesa. Se sustituyó el circulo por un agujero trapezoidal en la parte superior, que además sería más barato y más fácil de aplicar.

ARQUITECTURA DEL SWFC

Hay tres plataformas de observación en Shanghái World Financial Center. La plataforma más baja se sitúa en el piso 94 a 423 mts de altura, la segunda esta en el piso 97 a 439 mts, denominado “Observatorio del Puente” y la más alta esta en el piso 100 a 474 mts.

LOS 5 RASCACIELOS MAS ALTOS DEL MUNDO2. TAIPÉI

El Taipéi 101 es un edificio que cuenta con 106 plantas (5 pisos subterráneos y 101 por encima del nivel del suelo), ubicado en Taipéi, Taiwán. La aguja que corona sus 529 metros de altura lo convertía en el edificio rascacielos más alto del mundo, superando por 56 metros a las Torres Petronas de Kuala Lumpur, Malasia. Sin embargo, el 21 de julio de 2007 fue superado en altura por el Burj Khalifa.

•Se inició su construcción en 1997 y se terminó en algo más de 6 años.

•Soporta terremotos de hasta 7 grados en la escala de Richter y vientos de más de 450 km/h.

•La importante capacidad de absorción de movimiento de masas en esta estructura, reside en un amortiguador de masa formado por una gigante bola dorada de acero de 680 toneladas de peso compuesta de planchas metálicas en el piso 92 que se suspende sobre tensores desde su parte alta y en su base sujeta con bombas hidráulicas, siendo el más grande y pesado a nivel mundial. Cuando el edificio se mueve en una dirección el amortiguador lo hace en dirección contraria absorbiendo la energía de movimiento sirviendo de contrapeso mecánico contra las vibraciones limitándolas y estabilizando el edificio. Está dividido en 8 segmentos de 8 pisos, y es el único amortiguador que está a la vista del público en general.

CONSTRUCCIÓN TAIPÉI 101

•Además 8 supercolumnas lo sujetan por la base; construidas en concreto reforzado y acero, lo abrazan hasta el piso 26, mientras otras 32 columnas suben hasta la planta 62. Los cortes en las esquinas disminuyen la fuerza del viento y una compleja malla de acero lo abraza formando un cinturón que hace un estrechamiento en la parte baja del edificio y llega hasta la planta 34.

CONSTRUCCIÓN TAIPÉI 101

•El ascensor en apenas 37 segundos lleva a 30 personas desde el quinto piso hasta el piso 89. Posee un sistema de sellado hermético similar al de un avión para evitar molestias en los oídos a las personas que viajan en él.

Amortiguador en lo alto del Taipéi

LOS 5 RASCACIELOS MAS ALTOS DEL MUNDO1. BURJ KHALIFA

El Burj Khalifa , conocido durante su construcción como Burj Dubái ( برج Torre Dubái en árabe), es un دبيrascacielos situado en el distrito Downtown Bur Khalifa de la ciudad de Dubái, en Emiratos Árabes Unidos, y es la estructura mas alta construida por el hombre con 832 metros de altura. La construcción comenzó el 21 de septiembre de 2004, y su inauguración oficial fue el 4 de enero de 2010.

CONSTRUCCIÓN BURJ KHALIFA

•La planta en “Y” permite garantizar la iluminación natural de los ambientes y maximizar la vista sobre la ciudad; posibilita construir su núcleo central de base hexagonal. Este encierra las instalaciones de distribución vertical, erigidas desde 3 contrafuertes que contra los azotes horizontales del viento y de la actividad sísmica, se equilibran unos a otros.

•El examen aerodinámico de la estructura ha inducido una rotación de 120° respecto a la orientación inicial, para una mejor respuesta al efecto dominante del viento.

•El edificio se aligera desarrollándose en la altura: cada pétalo esta escalonado con un ritmo sinuoso hacia la altura, provocando una progresiva transformación de la planta. Este modelo volumétrico sirve también para impedir la creación de los torbellinos provocados por las corrientes de aire externas.

CONSTRUCCIÓN BURJ KHALIFA

•La complejidad del diseño queda reflejada en su construcción. La estructura, que cuenta con una cimentación de pilotes que alcanzo los 50 m de profundidad. El edificio está construido de concreto reforzado hasta el piso 155. A partir de esa altura las plantas están construidas de acero, lo cual las hace más ligeras.

•La composición del concreto ha sido cuidadosamente estudiada y verificada para garantizar la indispensable resistencia mecánica de las adversas condiciones climáticas de Dubái con variaciones térmicas desde la base hasta la cima del rascacielos de hasta 8° C. Una minuciosa prevención de estas variaciones de temperatura, humedad (-30%) y densidad de aire (hasta -10%) entre la cota de tierra y los últimos pisos, a través de datos ofrecidos por satélite, ha permitido a los diseñadores a experimentar con diferentes posibilidades de equipamiento y de elevada eficiencia, controlando a su vez el consumo energético.

CONSTRUCCIÓN BURJ KHALIFA

•El revestimiento externo es de aluminio y vidrio reflectante y paneles de acero inoxidable.

•Con el objetivo de reducir el espacio ocupado por las instalaciones de distribución vertical, pero a su vez garantizando la capacidad requerida, en el rascacielos están previstos ascensores en dos alturas de los mas rápidos del mundo.

INGENIERÍA DE LO IMPOSIBLE