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rUCONTrOL

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Fundadores-Asesores

Tito Livio Caldas, Alberto Silva, Miguel Enrique Caldas

Presidente

Luis Alfredo Motta

Gerente Unidad de Información Profesional Especializada

David de San Vicente

Gerente Construdata

Juan Guillermo Consuegra jconsuegra@legis.com.co

Construcción Metálica

8

18

Especial

Parque Explora

Este museo interactivo de ciencia y tecnología combina una nueva topografía de espacios públicos que fluctúa entre un lugar abierto, de acero galvanizado, y las cuatro cajas rojas conectadas donde se realizan las experiencias científicas y los programas en constante transformación.

Materiales

Conectores de cortante tipo tornillo para un sistema compuesto (primera parte)

El siguiente trabajo de investigación presenta los resultados de ensayos en el uso de conectores de cortante tipo tornillo para la combinación de acero y concreto en la construcción, analiza los comportamientos de conjuntos y sugiere criterios para el diseño estructural.

Dirección editorial

Hernando Vargas Caicedo

Editora general

Melissa Fernández melissa.fernandez@legis.com.co

Investigación

Sergio Villamil

Diseño y diagramación 0.10

George García - G 2 diseños E.U.

0.40

0.20

Portada

Parque Explora, Medellín. Foto Sergio Gómez

Tráfico de materiales

0.10

Johanna Leguizamón Ilustraciones

James García

Gerente comercial

David Barros david.barros@legis.com.co Coordinador ventas

René Leon rene.leon@legis.com.co

Coordinador de mercadeo

Ricardo Torres ricardo.torres@legis.com.co

Ventas publicidad

Mario Chala, Luis Carlos Duque, Gabriel Cristancho, Richard Jimenez.

Impresión

Legis S.A.

Las opiniones expresadas por los autores de cada artículo individual no reflejan necesariamente las de Legis S.A. Legis S.A. se reserva los derechos de autor sobre el material de la presente edición, que no puede reproducirse por medio alguno sin previa autorización escrita. La información técnica de productos fue suministrada directamente por cada fabricante y Legis S.A. no asume ninguna responsabilidad, implícita o explícita, sobre la utilización que de ella se haga, así como tampoco por el contenido, la forma o el fondo de los avisos publicitarios, incluido el uso de fotografías, marcas y/o patentes.

Legado

Sistemas de edificios metálicos

Especial

Terminal T4, Aeropuerto de Barajas (Madrid)

La Nueva Terminal Aérea T4 le permitirá a Madrid consolidarse como punto focal en las conexiones entre Europa y Latinoamérica. La utilización del acero para la construcción de los elementos estructurales más importantes fue fundamental para lograr la sensación de amplitud y ligereza que caracterizan a este complejo de 1.100.000 m2 de área total.

54

Avances del proyecto de industrialización en la construcción.

68

Referencia

Galería bibliográfica

Reseñas breves de literatura técnica sobre la construcción metálica y sus componentes.

76


Contenido 48 24

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Zoom in

Detalles metálicos

Detalles arquitectónicos de construcciones metálicas, a partir del análisis de soluciones estructurales, envolventes y cubiertas.

Tecnología

El túnel de viento

La Universidad de los Andes diseñó y construyó este aparato que permitirá estudiar los esfuerzos, las deformaciones y vibraciones que produce el viento en estructuras y edificios.

Normativa

Análisis

La actualización de la NSR-98 está en proceso. Varios comités de trabajo han adelantado propuestas y documentos que se verán plasmados conforme a los avances en técnicas de diseño, las experiencias en sismos recientes y las condiciones contemporáneas para el medio.

Se hacen como medio para precisar los espectros de diseño definidos en la microzonificación sísmica, y se han convertido en un elemento importante para la definición de criterios de diseño estructural.

Novedades de la NSR-09

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Estudios de respuesta sísmica y diseño estructural

83

42

Análisis

Galería gráfica

Aunque para muchos es el sencillo acto de unir dos metales, en realidad la soldadura requiere amplios conocimientos con criterios de sanidad, calidad y confiabilidad sobre esfuerzos residuales originados, que pueden afectar un elemento o componente estructural.

Proyectos metálicos

Una selección de proyectos nacionales destacados por el buen uso de estructura metálica.

Herramientas

Fichas técnicas

Descripción detallada de productos y sistemas metálicos para construcción.

Más ganancia, menos sufrimiento

El software Revit® Structure optimiza las formas de trabajo de ingenieros, dibujantes estructurales y arquitectos, minimizando las tareas repetitivas de modelado y dibujo.

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Elementos para una soldadura eficaz

Especial

Centro comercial Avenida Chile

103

Una renovación que aprovechó la privilegiada localización y jerarquizó la relación del interior con el exterior, logró darle una imagen ligera y abierta a este reconocido espacio.

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Especial

Parque

Explora

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Construcci贸n Met谩lica 8


especial

Este museo interactivo de ciencia y tecnología combina una nueva topografía de espacios públicos que fluctúa entre un lugar abierto, de acero galvanizado, y las cuatro cajas rojas conectadas donde se realizan las experiencias científicas y los programas en constante transformación.

Construcción Metálica 8

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Especial

Sala abierta

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l movimiento y la circulación de las personas en el espacio abierto, las tensiones con ámbitos cerrados y singulares, al igual que la relación de ambos con el paisaje urbano en una ciudad de montaña y clima tropical, definieron los principios para la concepción de este proyecto.

Como parte del gran plan de renovación, a lo largo del nuevo Paseo Carabobo como eje estructurante, se modernizaron el Jardín Botánico y el Parque Norte, y se construyeron el Centro Cultural de Moravia (última obra de Rogelio Salmona), el Parque de los Deseos y el Parque Explora como el nuevo Museo de ciencia y tecnología de la ciudad.

El sector del “Nuevo Norte”, localizado en el límite del centro con las llamadas “comunas” de Medellín, concentró en los últimos años la mayor cantidad de equipamientos y espacios públicos para la cultura y la educación, gracias al programa “Urbanismo Social” del plan de Gobierno que durante los años 2004-2007 administró esta ciudad.

La concepción del Parque Explora partió de una secuencia de espacios y niveles abiertos, a lo largo de los cuales se van entregando las circulaciones a ámbitos singulares y cerrados de experiencias científicas. Una nueva topografía construida con pliegues, incisiones, contenciones y balcones o pasarelas que miran, se relacionan y son vistas por la ciudad.

El área se caracteriza por ser un sector residencial de estratos bajos, con leve presencia de actividad industrial. Este contexto, socialmente complejo y pobre, rodeado de barrios como Moravia (antiguo basurero de la ciudad) y carente de los servicios mínimos, recibió una apuesta por la arquitectura de calidad, con programas integrales de servicios y por el urbanismo incluyente, participativo y cultural que permita el disfrute ciudadano y el acercamiento con la comunidad.

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Construcción Metálica 8

Se trata de una fusión de la naturaleza con la arquitectura, diseñada con generosos espacios peatonales, diversas posibilidades de acceso y múltiples alternativas de encuentro con la ciencia y la tecnología, que fomenta la apropiación del conocimiento, promueve la experimentación, apoya las instituciones educativas con recursos innovadores, forma opinión pública frente a estos saberes y exalta la creatividad ciudadana.


especial

El proyecto Dos preguntas se hicieron los arquitectos al iniciar los diseños: ¿cómo hacer un museo de ciencia y tecnología en el que su imagen no se vuelva obsoleta rápidamente? y ¿cómo hacer un espacio dinámico y flexible para los niños y los jóvenes, una gran feria de diversión, recreación y cultura, lejos de los proyectos académicos tradicionales? Para el equipo de diseño era claro que no querían un museo rígido, que no respondiera al espíritu festivo del programa, pero tampoco un parque de diversiones de consumo rápido y con una existencia efímera. Ideado como elemento socialmente inclusivo, el edificio combina dos principios: una nueva topografía de espacios públicos y respuestas urbanas generadas sobre el suelo urbano, con los pisos bajos construidos en hormigón armado, y cuatro cajas rojas fuertes en imagen, conectadas por una pasarela elevada, donde se realizan las experiencias científicas del museo y que contienen los programas que se renuevan constantemente. El espacio fluctúa entre un lugar abierto (de feria) de acero galvanizado, con iluminaciones fluorescentes y juegos científicos bajo la sombra de futuros árboles de gran porte, y cajas o ámbitos cerrados para juegos de tecnología, lugares con interiores mágicos en movimiento y renovación constante. Luego de la búsqueda fundamental de diluir los límites entre el interior del museo y el espacio exterior, el proyecto generó una fórmula de tensión entre la parte interna del parque y su relación con la calle y el paisaje de la ciudad, lo que resolvió el movimiento de la gente dentro del museo y la secuencia de circulación interior. El concepto de espacio público fue manejado en forma colectiva por todos los nuevos equipamientos del sector (Jardín Botánico, Parque Norte, Parque de los Deseos,

Etapas del proceso constructivo

Construcción Metálica 8

11


Especial

entre otros). Así se logró que toda la zona, hasta llegar a la Alcaldía de Medellín, contuviera este componente continuo entre los diferentes equipamientos. Los niveles y lugares abiertos se suceden longitudinalmente y, como vértebras, salen de ellos las circulaciones hacia los espacios cerrados donde se desarrollan las experiencias museológicas.

Programa arquitectónico El esquema se solucionó en tres niveles. Los dos del suelo, que conforman el espacio urbano y la plaza abierta, y el nivel medio de aulas taller, hecho en concreto, contienen el programa de apoyos complementarios como el acuario, el cine digital, el estudio de televisión y los servicios técnicos y administrativos. Sobre este plano base se posan todos los elementos de estructura metálica que definen el tercer nivel, compuesto por el balcón o pasarela longitudinal y las cuatro cajas rojas o pabellones, cada una con dos niveles y un área total de 1.101 m2, que contienen el programa principal del museo y la salas de Física viva, Conexión de la vida, Colombia geodiversa y Territorio digital.

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Construcción Metálica 8

Física viva Un espacio para la interacción con fenómenos físicos expresados en los seres vivos. El canto de los pájaros, el movimiento de los peces, el calor del cuerpo humano, los claroscuros dibujados sobre las montañas. De lo simple a lo complejo, un inventario de experiencias vinculadas a la cotidianidad para reconocer la física como una ciencia cercana a todos. Conexión de la vida Recorrido experimental por diferentes escalas del mundo viviente. El visitante puede interactuar con el micromundo, descubrir el código genético, comprender las funciones de los seres vivos y la comunicación por medio de los sentidos. Un viaje para descubrir que todo lo vivo se relaciona. Colombia geodiversa Diversas exploraciones del paisaje, sus misterios, orígenes y evolución. Una mirada a Antioquia, los Andes, los Llanos, la Costa Caribe, la Costa Pacífica y la Amazonia. Un redescubrimiento del país desde el punto de vista de las geociencias y un viaje hacia otros lugares del planeta.


especial

Tecnología Sala para explorar situaciones que involucran imágenes, música, movimiento, entre otros elementos que, en diferentes escalas de espacio y tiempo, permitirán descubrir el mapa secreto de la tecnología que ha cambiado la relación del hombre con el mundo.

Plaza abierta interactiva Experiencias de física al aire libre para interactuar de manera lúdica con el agua, la luz, los sonidos, las ondas, la fuerza, el color y otros temas que exaltan la belleza de la tecnología y la naturaleza.

Acuario Escenario con las especies más representativas de los ecosistemas de vertiente de Colombia, con una importante muestra de la vida del mar. Un universo enriquecido con la policromía de corales, anémonas y otros habitantes de las aguas, que invitarán a su conservación.

Aulas taller Aulas de matemática, robótica y biología-biotecnología que permiten la adquisición de conocimientos a partir de la participación directa de los ciudadanos. También está el Aula de la innovación social, una muestra permanente de talentos anónimos, de inventores de barrio, que muestran sus propias creaciones.

El acuario central tiene una dimensión de 10 x 8 metros (2.200 m2) y está dividido en tres niveles en los cuales se ubicaron 14 acuarios de agua dulce, 9 de agua marina, 5 grandes ventanas de acrílico y un semitúnel de observación. Para su diseño se contó con la asesoría del acuario de Veracruz, en México, y del Cosmocaixa de Barcelona. El acuario central recrea el ambiente del Amazonas.

Laboratorio de producción audiovisual interactiva Un espacio experimental de comunicación para el desarrollo de comunidades participativas, creadoras de sus propios medios y mensajes, fortalecidas en sus posibilidades de expresión, de reconocimiento e interlocución en torno al conocimiento, su disfrute, descubrimiento y construcción.

Construcción Metálica 8

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Especial

Planta nivel urbano

Planta nivel balc贸n

Corte longitudinal del conjunto

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Construcci贸n Met谩lica 8


especial

Cubierta

Pabellones

Acceso

Zona de comidas

Sala abierta

Servicios

Corte de fachada

Construcci贸n Met谩lica 8

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Especial

Centro de comunicación científica y tecnológica Una oportunidad de actualización permanente y de contacto con la comunidad científica de la ciudad, del país y del mundo. Una posibilidad para que todos los visitantes consignen, de una manera tecnológica moderna, sus preguntas, intereses y propuestas referidas a los temas científicos y tecnológicos del parque y del planetario.

Ficha técnica Cliente Ubicación Año del proyecto Tiempo de ejecución (meses) Diseño arquitectónico

Sala de cine digital Ideal como recurso educativo y de divulgación, también se convierte en un espacio de entretenimiento cultural, diseñado para inmersiones audiovisuales de alta calidad que atraerán diversos visitantes y multiplicará los atractivos de la zona. Sala infantil Acogedor espacio que estimula la creatividad, concebido para que los niños desarrollen proyectos comunes, construyan obras en diferentes formatos y descubran caminos propios para conocer el mundo y oportunidades para establecer relaciones constructivas y respetuosas con los demás. Sala temporal Espacio flexible para exposiciones renovadas periódicamente.

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Construcción Metálica 8

Grupo de diseño arquitectónico

Diseño estructura concreto

Alcaldía de Medellín, Secretaría de Obras Públicas Medellín 2005-2008 15 Arq. Alejandro Echeverri Isabel Dapena, Camilo Restrepo Villa, Sergio Restrepo, Guillermo Valencia, Juan Carlos Castañeda, María Andrea Díaz, Diana Herrera, Édgar Mazo, César Rodríguez, John Aristizábal. León Restrepo

Diseño estructura metálica

Estaco

Área total intervención (m2)

35.326

Área de cubiertas y fachadas (m2)

7.710

Área construida cubierta (m )

17.889

Área pública descubierta (m2)

12.980

2

Peso (kg) Cálculo estructural acero Fabricación y/o montaje estructura Constructor estructura metálica Fotos

487.680 Estaco S.A. Estahl Ingeniería Ltda. HB Estructuras Metálicas S.A. Sergio Gómez, Carlos Tobón


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DISEÑO, CÁLCULO, MONTAJE, CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS Y ACABADOS ARQUITECTÓNICOS HEA IPE , WF PERLINES STEEL DECK CUBIERTAS DRYWALL

CUBIERTA VILLA OLÍMPICA POLIDEPORTIVO Facatativá

EDIFICIO H Y H Cra 16 con Cll 52 Bogotá

PANADERÍA LOS HORNITOS Av .La Esperanza Bogotá

COLEGIO PIO XII Quinta Paredes Bogotá

SOLUZONA TORRE

EDIFICIO DE LA ROCA

Cra. 13 No 73 - 33 Of 301 BOGOTÁ Pbx. 4802828 Fax. 248 3384 www.calculosymontajes.com.co UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA Av. Caracas x Cll 38 Bogotá

SOLUZONA TORRE A Y B


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COPEC Costanera norte El proyecto consiste en dos estaciones de servicio ubicadas en una de las nuevas autopistas urbanas de Santiago de Chile, Costanera norte, con la idea de avanzar de una estación de servicio tradicional a un concepto de espacio que contenga las demandas del hombre de ciudad. La marquesina se resuelve como un objeto lugar que acoge los servicios del automóvil y la comunicación a la carretera. Se dispuso una cubierta lámina de imagen ligera, con una mínima intervención en el espacio, que delimita el área de servicio y contiene la iluminación. Los pilares de soporte de la estructura de cubierta se tratan como elementos independientes, que intersectan el plano horizontal e incluyen imágenes conceptuales incorporadas a la arquitectura.

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Construcción Metálica 8


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Fachada occidental

Fachada sur

Ficha técnica Cliente Copec Ubicación Santiago de Chile, Chile Año del proyecto 2005 Área del terreno (m²) 8.500 Área construida (m²) 1.565 Proyecto arquitectónico Sabbagh arquitectos Cálculo estructural acero JMA y Asociados Ing.

Planta localización

Construcción Metálica 8

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Puertas abiertas • Peaje Circasia La estación de peaje está conformada por un espacio abierto y un conjunto de equipamientos. El diseño busca un lenguaje vanguardista mediante el uso de tecnología de punta y materiales globales como el concreto, acero, policarbonato y vidrio, entre otros, con recursos locales como la guadua. La armadura de la zona de recaudo pretende evidenciar las bondades físicomecánicas de este material, su flexibilidad, ligereza y belleza, resaltando su capacidad de integración dentro de un lenguaje contemporáneo. El conjunto busca conciliar dos tendencias: la innovación de la vanguardia y la autenticidad de la tradición.

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Construcción Metálica 8


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Comedor

Oficina 1

Parqueos

Peatonal

Peatonal

ZONA ADMINISTRATIVA ZONA DE RECAUDO

Corte longitudinal

Eje del peaje

Localización Casetas (Administración)

ZONA DE RECAUDO

Corte transversal

Planta

Ficha técnica Cliente Grupo Odinsa Ubicación Quindío Año del proyecto 2005 Tiempo de ejecución (meses) 8 Área del terreno (m²) 6.600 Área construida (m²) 1.160 Dimensiones generales 52 m x 22 m x 8.7 m ( l x a x h) Acero empleado (ton)

31.5 en la estructura en guadua, 4.8 en pedestales

Proyecto arquitectónico Arq. Simón Hosie Samper Equipo técnico Grupo Odinsa Cálculo estructural acero Ing. Herbert Ramirez Fabricación y montaje Aceral de la estructura Constructor Grupo Odinsa Fotos Andrés Gómez, Simón Hosie Samper Información suministrada por la Sociedad Colombiana de Arquitectos SCA

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Automarcas Este edificio, destinado a la comercialización de vehículos automotores, se localiza en un lote con forma de cuarto de circunferencia, esquina de un cruce de avenidas principales. Se determinaron las cubiertas a partir de la orientación frente al sol de la tarde, a las visuales y a las brisas de las montañas vecinas, abriéndose y proyectando sombra. De igual manera, las persianas en aleros superiores, puertas y ventanas, evacúan el aire caliente y generan ventilación cruzada permanente en el interior. El lenguaje del edificio se muestra casi desnudo, en estructura metálica y mampostería reforzada en bloque de concreto, dándole carácter y creando una imagen general donde nada es accesorio.

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Construcción Metálica 8


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Corte longitudinal

Fachada

Ficha técnica Cliente Automarcas Ltda. Ubicación Cali Año del proyecto 2005 Tiempo de ejecución (meses) 8 Área construida (m²) 1.050 Proyecto arquitectónico Arq. Norberth Aristizabal Marín Arquitecto colaborador Arq. Yymmy Loaiza Calculo estructural acero Ingeseri Ltda. Fabricación y/o montaje Ingeseri Ltda. de la estructura Constructor Sinergia grupo 1+ 1 =3

Planta

Fotos Arq. Norberth Aristizabal Marín

Construcción Metálica 8

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Innovatec Este gran cubo con un patio central se soporta en cuatro robustas columnas de concreto, ubicadas en las esquinas, que además funcionan como articulador espacial. Los tres pisos que sobresalen del semisótano se sostienen sobre vigas metálicas de 50 cm de alto, que van ancladas a la estructura central y se van adelgazando hacia los extremos en voladizo. La ausencia de apoyos intermedios facilita la libre distribución en cada nivel. En las fachadas se han combinado los paneles cerrados con superficies de persianas metálicas, dispuestos en forma asimétrica, que responden a las necesidades de los espacios interiores y al manejo bioclimático.

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Construcción Metálica 8


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Detalle carpintería del puente de acceso

Fachada oriental

Ficha técnica Cliente Innovatec Ltda. Ubicación Cali Año del proyecto 2006 Tiempo de ejecución (meses) 10 Área construida (m²) 1200 Proyecto arquitectónico

Arq. Norberth Aristizábal Marín y Rodrigo Vargas P.

Cálculo estructural acero Ingeseri Ltda. Fabricación y montaje Ingeseri Ltda. de la estructura Constructor Sinergia grupo 1+ 1 =3

Planta

Fotos

Norberth Aristizábal Marín

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Bogotá 4255255 Ext. 1544-1571-1760-1759 Medellín 3605300 Ext. 4222 Cali 6081800 Ext. 2244-2222 Barranquilla 3696200 Ext. 5253-5266 Bucaramanga 6478300 Ext. 7610-7620 Pereira 3167070 Ext. 6520 Ibagué 2667000 Ext. 127 construdata@legis.com.co • www.construdata.com Avenida Eldorado No. 82-70 • Bogotá, D.C. - Colombia


26 Años

Estructuras metálicas Diseño, fabricación y montaje de estructuras metálicas y plantas para faenado de bovinos y porcinos.

Metro de Medellín - Estación Hospital

Pasamanos Obando (Valle)

Cubierta placa polideportiva Colegio San José

Edificio Colanta San Pedro - Antioquia

Bodegas Puentes Torres Edificios en acero Coliseos Mezanines Plantas Industriales Centros Comerciales Escaleras Pergolas Cubiertas metálicas

PBX: 374 6888 Fax: 372 1758

Puente peatonal Estación madera

Av. pilsen cl. 37 B No. 43A - 46 Itagüí Email: codimec@une.net.co www.codimec.com.co


Tecnología

El túnel de viento La Universidad de los Andes diseñó y construyó este aparato que permitirá estudiar los esfuerzos, las deformaciones y vibraciones que produce el viento en estructuras y edificios. Por sus características, el proceso de fabricación y sus componentes, es considerado el primero del país y un importante aporte al desarrollo de la ingeniería e investigación locales. Santiago Caicedo Álvaro Pinilla

Sección de asentamiento

Ductos esquineros

Difusor 1

Campana de contracción

Sección de pruebas

Álabes Directrices

2,6 m

6,5 m

Contracción Ventilador

Difusor 2

Esquema de los componentes del túnel de viento

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Tecnología

L

os túneles de viento o aerodinámicos son herramientas de investigación desarrolladas para estudiar los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos, simulando las condiciones que éstos experimentan en la realidad. Fundadores ingleses de la aerodinámica en el siglo XIX, como George Cayley, empezaron a utilizar elementos móviles para medir las consecuencias de este tipo. En 1871, Francis Wenham desarrolló el primer túnel de viento cerrado, el cual permitió que los primeros aeroplanos, como el de los hermanos Wright (1901), fueran probados en estas máquinas. Con la aviación despegaron grandes instalaciones de túneles de prueba, como la de Langley, en Estados Unidos, que evolucionaron para alcanzar una importante utilidad. En estos sistemas, el objeto estudiado permanece estacionario en tanto se fuerza el paso de aire o gas a su alrededor, de modo que permite estudiar características del movimiento del aire en aviones, naves espaciales, misiles, automóviles, edificios o puentes. Para los dos últimos casos, mediante la aplicación de corrientes de aire sobre una maqueta de la estructura en estudio, se consigue evaluar: • Los esfuerzos y las deformaciones causadas por el viento. • Las vibraciones que se producen en un edificio. • La percepción de los movimientos dentro de un edificio. • El efecto de la estructura en el “clima de vientos” de su entorno, ocasionado por las perturbaciones que produce.

Así, en caso de detectarse problemas, éstos se pueden solucionar a tiempo, cuando el edificio aún se encuentra en fase de diseño. Para los rascacielos, la acción del viento constituye uno de los principales problemas, por lo cual en la construcción de edificios en altura las pruebas aerodinámicas son esenciales. Debido a las características particulares de una estructura, en ocasiones es necesario someter a la acción del túnel una parte concreta del edificio para determinar los efectos del viento, con una reproducción a mayor escala y, por tanto, con más definición. En la actualidad, para el diseño de edificios verdes (Green Building Design) se asignan créditos por utilizar modelaciones de capa límite a los proyectos que tramitan las certificaciones LEED que promueve el U.S. Green Building Council.

1. WHITE, Frank, Fluid Mechanics, 5th Edition, McGraw-Hill, New York, NY, USA, 2004. 2. SMACNA, High Pressure Duct Construction Standards, SMACNA, Vienna, Virginia, USA, 1975. 3. ASHRAE, Guide and Data Book 1963. Fundamentals and Equipment, published by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, INC New York, NY, USA, 1963.

Diseño y construcción El Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes diseñó y construyó un túnel de viento para este tipo de investigaciones, el cual, por sus características, el proceso de fabricación y sus componentes, es considerado el primero y más grande del país, un importante aporte al desarrollo de la ingeniería e investigación locales. Durante la etapa de diseño, en la que se contó con la colaboración de la Universidad de Bristol (Reino Unido), se propuso un esquema con unas condiciones de velocidad y un área de pruebas de 60 m/s y 1 m x 1 m, respectivamente. En este proceso se estudiaron en detalle las pérdidas de presión generadas por los elementos internos y la fricción del aire con las paredes del túnel, teniendo siempre en cuenta la estabilidad de la capa límite1. Con base en las condiciones de operación deseadas, se dimensionaron los diferentes componentes del túnel: difusores, ductos esquineros, álabes directrices, campana de contracción, zona de pruebas, mallas y ventilador. Estos componentes fueron diseñados a partir de estándares para la instalación de sistemas de aire acondicionado, SMACNA2 y ASHRAE3. Como resultado, se fabricó el ducto con lámina de acero calibre 16 swg (Standard Wire Gauge), con lo que se obtuvo un sistema robusto y se evitó recurrir al uso de pliegues o refuerzos. Una vez dimensionados y fabricados los componentes del ducto, se procedió a calcular el sistema ventilador-estator, empleando como parámetros de diseño la caída de presión a lo largo del túnel (650 Pa), el caudal (60 m3/s), el diámetro (1,6 m) y la velocidad angular (1.000 rpm). Para lograr el rendimiento especificado, y con base en cálculos teóricos, fue necesario dimensionar el cubo del ventilador, especificar el número de aspas y, finalmente, seleccionar un perfil alar adecuado para las condiciones de operación del equipo. A partir del diseño aerodinámico del ventilador se llevaron a cabo simulaciones en CFD (Computational Fluid Dynamics) para analizar, tanto el rendimiento del rotor, como el del estator, y así establecer el aumento neto de presión a través del sistema, al igual que la potencia requerida. Componentes • Difusores Son elementos para la recuperación de presión y su configuración consiste en un área de entrada más pequeña que la de salida. El túnel cuenta con dos difusores: el primero está ubicado en la sección posterior a la zona de pruebas, mientras que el segundo se encuentra a la salida del ventilador, con el fin de aumentar aún más su presión.

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Tecnología

esquina interior y un estancamiento en la exterior, dando como resultado una mayor pérdida de presión. Para evitar que esto ocurra, se utilizaron álabes directrices, los cuales pueden tener diferentes perfiles aerodinámicos. Durante la etapa de diseño, se estudió el comportamiento de un perfil tipo Kröber, compuesto por una placa curvada5. Este perfil, que no genera pérdidas de presión considerables, fue incorporado en las 4 esquinas del túnel de viento. • Zona de asentamiento y mallas La cámara de asentamiento es la sección anterior a la campana de contracción, en la cual pueden encontrarse elementos similares a mallas y panales de abejas. Esta sección del túnel, además, mantiene constante su área transversal durante una mayor longitud y, como su nombre lo indica, permite el asentamiento del fluido.

Ducto esquinero

Los dos difusores diseñados tienen un coeficiente de recuperación del 90%, el cual, asociado a su eficiencia, arrojó un aumento de presión teórico de 1.430 Pa para el primer difusor y 370 Pa para el segundo. Mediante CFD se comprobó que en ambos difusores la capa límite del fluido no se desprendiera, validando la selección del ángulo de apertura de los mismos, de 4° y 3,9°, respectivamente4. Igualmente, como parte del diseño, se efectuó una comprobación por elementos finitos de la estructura del difusor de mayor tamaño, utilizando lámina de acero calibre 16 swg para determinar la deflexión máxima del elemento sometido a una presión interna de 1.600 Pa. Este análisis hizo posible calcular las distancias máximas permitidas entre las uniones (SMACNA) para evitar que se presente deflexión acentuada. • Ductos esquineros y deflectores Son codos que por su geometría cambian la dirección del flujo 90 grados. Sin embargo, esto puede ocasionar una separación en la

4. METHA, R.D. and Bradshaw P., Design Rules for Small Low Speed Wind Tunnels, Aero Journal (Royal Aeronautical Society), Vol. 73, p. 443, 1979. 5. KRÖBER, G., Guide Vanes for Deflecting Fluid Currents with Small Loss of Energy, Technical Memorandum 722, National Advisory Committee for Aeronautics, Washington D.C., USA, 1933. 6. JOSE, Mathew, Design, Fabrication, and Characterization of an Anechoic Wind Tunnel Facility, A dissertation presented to the graduate school of the University of Florida in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of Philosophy, University of Florida, USA, 2006.

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Construcción Metálica 8

Las mallas y los panales de abejas se utilizan para disminuir la intensidad de turbulencia del aire antes de ingresar a la sección de pruebas6. Luego de una selección cuidadosa del tipo de mallas y de la dimensión del panal de abejas que se utilizaron, fue posible obtener una disminución considerable de la intensidad de turbulencia en la sección de pruebas y un perfil de velocidad uniforme. Teniendo en cuenta que estos componentes representan obstáculos para el flujo y generan una pérdida sustancial de presión, fueron ubicados en zonas de baja velocidad, minimizando así su impacto. Las utilizadas en la sección de asentamiento se identifican por su calibre, es decir, por la cantidad de orificios por pulgada cuadrada, parámetro que es independiente del diámetro del alambre y de la geometría de los orificios. Por tal motivo, se implementó una configuración de mallas 10-50, separadas entre sí por una distancia de 3.000 mm. • Campana de contracción Utilizada para acelerar el fluido a una velocidad de 60 m/s, es un medio efectivo para minimizar las variaciones de velocidad transversal, responsables en buena parte de la intensidad de turbulencia medida en la zona de pruebas. Es por esto que el diseño de este elemento se llevó a cabo teniendo en cuenta que, a pesar de que la capa límite no se desprende en un medio con presión favorable (presión decreciente), sí puede desprenderse en la sección de pruebas, aumentando las pérdidas de presión. Así, mediante el uso de ecuaciones polinómicas, se obtuvo un perfil suave que cumple con el fin propuesto7, el cual tiene una longi-


Tecnología

tud total de 2,8 m, una sección transversal de entrada de 2,6 m x 2,6 m y una sección transversal de salida de 1 m x 1 m, que se conecta con la zona de pruebas del túnel de viento. Las ecuaciones que determinan la geometría de la campana son: y1 = -0.314x3 + √6.76 → 0m ≤ x ≤ 1.4m y2= −0.175x8 + 0.315x7 + 1 → 1.4m ≤ x

La construcción de este elemento se hizo utilizando cuatro plantillas de acero con la geometría obtenida, a partir de las cuales se generó una estructura de un material compuesto por madera y plástico reforzado con fibra de vidrio (FGRP). Para darle rigidez a la pieza se construyó un refuerzo exterior elaborado en tubería cuadrada de acero.

prende el rotor. De acuerdo con las características del túnel de viento, el ventilador se diseñó para bombear 60 m3/s de aire y generar un aumento de presión de 650 Pa, a una velocidad nominal de 1.000 rpm. Teniendo en cuenta que el tamaño de las aspas es un factor fundamental para la viabilidad del proceso de fabricación del ventilador, se seleccionó el perfil aerodinámico NREL S83410, cuya geometría permite una mayor robustez de las aspas al tiempo que facilita su manufactura.

• Sección de pruebas Aun cuando las condiciones sobre la sección de pruebas, en lo que se refiere a dimensiones y velocidades, ya han sido predeterminadas, la intensidad de turbulencia y el perfil de velocidades en ésta aún deben ser ajustadas al momento de calibrar el túnel. Cabe indicar que una intensidad de turbulencia óptima es del orden de 0,5%. Es importante resaltar que la sección de pruebas se diseñó con unas dimensiones de 1 m de ancho x 1 m de alto x 2 m de largo. El uso de ángulos a 45°8 (chaflanes) en las esquinas reduce el área transversal en la sección de pruebas, con lo que se evita la separación de la capa límite y la formación de vórtices en las esquinas. Este diseño se utiliza para evitar ángulos rectos y se extiende desde la campana de contracción hasta la primera sección del difusor posterior a la zona de pruebas. La velocidad de 60 m/s y el tamaño de la sección de pruebas determinan las dimensiones de los componentes del túnel de viento. Cada uno de estos componentes está asociado a un factor de pérdida de presión ‘k’ (Tabla 1), que se cuantificó individualmente. A partir de estos factores se calcularon las pérdidas de presión, las cuales dieron como resultado un requerimiento de potencia neumática de 22 kW. • Ventilador, cubo* y estator El diseño preliminar del ventilador se llevó a cabo utilizando la teoría aerodinámica para diseño de bombas y ventiladores axiales9, la cual considera y analiza únicamente el disco que com-

7. METHA, R.D., Turbulent Boundary Layer Perturbed by a Screen, AIAA Journal, Volume 23 No. 9, September 1985, p.1335-1342. 8. Technical Guide for the Kirsten Wind Tunnel, University of Washington, Aeronautical Laboratory, USA, 2002. 9. PINILLA, Álvaro E., Análisis simplificado de diseño de ventiladores axiales, Notas del curso de Aerodinámica, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes, Bogotá, D.C., 2006. * El cubo representa el sólido de revolución utilizado para conducir el flujo antes y después del plano del ventilador. 10. SELIG, Michael S., McGranahan, Bryan D., Wind Tunnel Aerodynamic Tests of Six Airfoils for Use on Small Wind Turbines, National Renewable Energy Laboratory, USA, 2003.

Diferentes ensayos en la zona de pruebas

Construcción Metálica 8

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Tecnología

Fue así como se obtuvo un diseño preliminar de ventilador de 20 aspas, cuya máxima potencia consumida, calculada a partir de la teoría para diseño de bombas y ventiladores axiales, es de 48 kW a un caudal de 50 m3/s. A pesar de que dicho punto sobre la curva presióncaudal no corresponde al punto de operación de diseño del ventilador, sí garantiza un adecuado funcionamiento del motor seleccionado para cualquier condición, pues su potencia nominal es de 49 kW. Con el propósito de validar los resultados teóricos obtenidos, se llevaron a cabo simulaciones del ventilador diseñado, utilizando la herramienta computacional Turbo CFX® de Ansys®, diseñada para pruebas de rendimiento de turbomaquinaria. Así, se efectuaron simulaciones para 3 velocidades de operación del motor (1.000, 900 y 800 rpm), variando en cada caso el caudal de aire para obtener las curvas de presión, potencia y eficiencia.

Cada simulación se llevó a cabo utilizando una condición de periodicidad, que consiste en analizar únicamente una porción del ventilador, lo cual permitió generar una malla altamente refinada sobre la superficie del aspa y así obtener resultados más precisos. Es importante tener en cuenta que el diseño aerodinámico del rotor se llevó a cabo para las condiciones atmosféricas de Bogotá, por lo que las simulaciones debieron efectuarse utilizando los mismos parámetros:

Densidad: 0,88 kg/m3 Temperatura: 22º C Presión atmosférica: 74,600 Pa Viscosidad cinemática: 1,4 x 10-5 m2/s

La geometría, que se obtuvo utilizando un valor del parámetro a de 0.238, fue fabricada en fibra de vidrio de 3 mm de espesor, a partir de un molde de madera generado utilizando un torno industrial CNC. De acuerdo con los resultados teóricos obtenidos para la distribución del ángulo de salida del aire al pasar por el ventilador, se diseñó un estator compuesto por 19 álabes correctores (número primo anterior al número de aspas del ventilador), el cual se construyó utilizando un perfil aerodinámico tipo placa curvada con una longitud de cuerda constante e igual a la máxima longitud de cuerda a lo largo del aspa. De esta forma, se efectuaron simulaciones para evaluar el desempeño del sistema en el punto de diseño (velocidad de 1.000 rpm y caudal de 60 m3/s) en dos escenarios: con y sin estator.

Construcción mesa soporte motor

• Mesa soporte motor Su utilización fue necesaria debido a que el motor fue pensado para alojarse dentro del cubo posterior al plano del ventilador. El diseño se llevó a cabo teniendo en cuenta el peso total del motor y del ventilador, y las fuerzas generadas por la interacción entre las aspas y el aire, las cuales son transmitidas a la estructura de soporte. El criterio para este diseño, que se buscó fuera lo más robusto posible, fue obtener un factor de seguridad superior a 10 y una deflexión máxima de 0,1 mm. El material para la fabricación de la mesa fue acero estructural.

Distribución del esfuerzo equivalente sobre la mesa

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• Ventilador Una vez definidas sus características y geometría, se diseñó el sistema de ensamble de las aspas y el cubo, a partir de lo cual se estableció el proceso de moldeo de fibra de vidrio como método de manufactura. Para tal efecto, fue necesario fabricar un molde


Tecnología

de MDF (Medium Density Fibreboard) a escala 1:1, correspondiente a una de las aspas del rotor. Este procedimiento se llevó a cabo implementando una estrategia de mecanizado en 3 ejes. El molde sirvió para la posterior fabricación de otro molde de fibra de vidrio, el cual se utilizó para la producción en serie de la totalidad de las aspas del ventilador. Teniendo en cuenta que gran parte de la carga es soportada en la dirección radial debido a la fuerza centrífuga, las fibras de vidrio utilizadas como refuerzo en el interior de las aspas se orientaron preferentemente en esta dirección. Para la unión de los diferentes tejidos se utilizó una resina epóxica de curado a temperatura ambiente, mientras que para la capa exterior se usó una pintura epóxica de alto desempeño. La selección del material para la fabricación de las aspas se llevó a cabo buscando disminuir al máximo el peso total del rotor sin comprometer la integridad estructural de sus elementos. Sin embargo, para determinar la distribución de esfuerzos y deformaciones sobre cada aspa, fue necesario cuantificar su módulo de elasticidad. Para esto se realizó una prueba experimental que midiera la frecuencia natural de las aspas, cuya densidad promedio fue de 1.500 kg/m3.

Mediciones hechas con el variador de velocidad

El instrumento empleado corresponde a un acelerómetro, cuya señal fue amplificada y visualizada en un osciloscopio Fluke® 105B. Así, se fijó el aspa en un extremo y se sometió a una excitación natural para determinar su frecuencia de vibración, es decir, su modo fundamental. Con ello se encontró que ésta es de 54,54 Hz, mientras que el coeficiente de amortiguamiento es de 0,02 (subamortiguado). Al igual que con las aspas, para la fabricación de los álabes correctores se estableció el proceso de moldeo de fibra de vidrio como método de manufactura. Teniendo en cuenta que la carga soportada por éstos está en la dirección radial debido a la flexión ocasionada por el cambio de momentum del fluido, las fibras de vidrio utilizadas como refuerzo dentro de los álabes se orientaron preferentemente en esa dirección. Para la unión de los diferentes tejidos se utilizó una resina de poliéster de curado a temperatura ambiente. Con el propósito de determinar el módulo de elasticidad equivalente del material de los álabes correctores, se llevó a cabo una prueba de flexión en dos puntos, en la cual se fijó uno de los extremos del elemento y en el extremo opuesto se aplicó una carga conocida, que se fue incrementando mientras se medía la deflexión en la punta.

Dirección del flujo a la salida del ventilador sin estator.

Dirección del flujo a la salida del ventilador con estator.

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Tecnología

Análisis de ruido Si se tiene en cuenta que el área asignada para la construcción del túnel de viento corresponde a un laboratorio de mecánica de fluidos de uso general, el nivel de ruido emitido por el conjunto motor-ventilador es de vital importancia, pues éste no deberá interferir ni perturbar el desarrollo de otras actividades realizadas en el lugar. Para esto se adelantó un estudio de los niveles de ruido emitidos por el sistema en diferentes condiciones de operación. Los resultados obtenidos, tanto a partir de los cálculos teóricos, como de las simulaciones en CFD, mostraron que el diseño aerodinámico del conjunto ventilador-estator-cubo es adecuado para las condiciones de operación del túnel, logrando maximizar su eficiencia y disminuyendo las pérdidas de presión. De igual forma, con la presencia del estator, se descartó la posibilidad de una separación de la capa límite a la salida del sistema.

Primer nivel del túnel

Se estudiaron los niveles de ruido emitidos por la operación del motor y el ventilador dentro del túnel de viento para determinar los parámetros que más influyen en su aumento. Esto permitió refinar el diseño aerodinámico del ventilador hasta obtener niveles máximos de ruido de 81 dB, valor aceptable para las condiciones del recinto en el que se localiza el túnel de viento. Sin embargo, será necesario estudiar una alternativa de aislamiento acústico que permita reducir aún más estos niveles de ruido. Tras culminar el ensamble del sistema completo del ventilador, se efectuaron mediciones experimentales de velocidad y potencia sobre el túnel de viento sin su sección de pruebas. Los resultados mostraron un rendimiento conforme a lo previsto, aunque se hace necesaria la incorporación de la sección de pruebas para obtener resultados que puedan ser comparables con los del modelo teórico. Ficha técnica Dimensiones Dimensiones sección de pruebas Velocidad máxima del aire en sección de pruebas Potencia de la planta motriz Características del ventilador Colaboradores diseño y construcción

Segundo nivel del túnel, en el laboratorio de mecánica de fluidos

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20 m largo x 7 m alto x 2,6 m ancho. Área transversal de 1 m x 1 m x 2,5 m largo. 230 km/h 65 HP 20 aspas. Velocidad máxima de giro de 1.200 rpm. Diámetro de 1,6 m. Valrex S.A., Ingemon Ltda., Indumil.

Autores Santiago Caicedo. Ingeniero a cargo del proyecto, Asistente de Investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes. Álvaro Pinilla. PhD, Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes.


GALERÍA GRÁFICA

Proyectos metálicos

PLANTA DE ENSAMBLAJE HINO MOTOR Su estructura está conformada principalmente por pórticos resistentes a momentos, acartelados en la dirección perpendicular, además de pórticos con diagonales en el sentido longitudinal. Cliente Hino Motors Manufacturing S.A. Ubicación Cota, Cundinamarca. Año del proyecto 2008. Tiempo de ejecución (meses) 4. Área construida (m²) 12.500. Acero empleado (ton) 400 (ASTM A36, ASTM A33, ASTM A500). Fabricación y/o montaje de la estructura Corpacero - SEI. Constructor Cumbrera S.A.

CENTRO DE DISTRIBUCIÓN COLOMBINA Estructura metálica con perfiles en alma llena de seccion variable, y luz libre de 36 m. Altura al hombro de 10.5 m y longitud 152 m. Cliente Colombina S.A. Ubicación Cota, Cundinamarca. Año del Proyecto 2007. Tiempo de ejecución (meses) 1,5. Área construida (m²) 10.500. Acero empleado (ton) 600 (ASTM A36, ASTM A33, ASTM A500). Cálculo estructural acero Corpacero - SEI. Fabricación y/o montaje de la estructura Corpacero - SEI. Constructor Constructora Parque Central.

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METROCABLE CHICAMOCHA El Cable del Chicamocha fue inagurado a principios de este año y es considerado uno de los más largos del mundo. El sistema recorre 6,3 km del cañón, une el sector de La Mesa de los Santos con el parque y moverá 500 pasajeros por hora. Cliente Termotécnica Coindustrial S.A. Gobernación de Santander. Ubicación Parque Nacional del Chicamocha, Santander. Año del proyecto 2007-2008. Tiempo de ejecución (meses) 8. Acero empleado ASTM A36 -ASTM A 572-50. Cálculo estructural acero Poma Galski S.A. Fabricación y/o montaje de la estructura HB Estructuras Metálicas S.A., Termotécnica Coindustrial S.A. Constructor Unión Temporal PTI (Poma Galski, Termotécnica Coindustrial, Ingsas).

LÍNEA SIEPAC La infraestructura del Proyecto SIEPAC consiste en la ejecución del Primer Sistema de Transmisión Eléctrica Regional que reforzará la red eléctrica de América Central (Guatemala, El Salvador, Honduras, Nicaragua, Costa Rica y Panamá). La Línea SIEPAC se conectará a las redes nacionales de cada país mediante un total de 28 bahías de acceso. En la concepción del proyecto se han introducido medidas destinadas a prevenir los riesgos sísmicos locales. No se utilizan materiales que pudieran ocasionar efectos nocivos sobre el medio ambiente (amianto, halón, PCB). Cliente Eléctrica de Medellín, E.P.R (Empresa Propietaria de la Red). Ubicación Panamá / Honduras. Año del proyecto 2008-2009. Tiempo de ejecución (meses) 18. Acero empleado ASTM AS72 Gr. 50, ASTM A36, A572 Gr. 60. Cálculo estructural acero Techint, Inabensa. Fabricación y/o Montaje de la estructura Sadelec S.A., Eléctricas de Medellín. Constructor Eléctricas de Medellín.

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CUBIERTA TEATRO IMAX PLAZA DE LAS AMÉRICAS IMAX (Image Maximum) es un formato de cine que tiene la capacidad de proyectar las cintas en una mega pantalla de más resolucion, y a través de la cual las imágenes se ven hasta 10 veces más grandes que en cualquiera de las salas de cine convencionales. Para la construcción de este espacio se utilizaron vigas y viguetas en almallena, prefabricadas, y riostras en perfil IPE. Cliente Plaza de Las Américas. Ubicación Bogotá. Año del proyecto 2007. Tiempo de ejecución (meses) 4. Área construida (m²) 1.000. Acero empleado (ton) 102. Cálculo estructural acero BR. Macanos Ltda. Fabricación y/o montaje de la estructura Cuevas Construcciones Ltda. Foto Edgar Santos.

CUBIERTA PLAZOLETA DE COMIDAS PLAZA DE LAS AMÉRICAS Esta cubierta corrediza, ubicada sobre la circulación principal y la plazoleta de comidas del centro comercial, tiene una estructura metálica conformada por vigas en arco de alma llena, prefabricadas, y correas en perfil tubular. Cliente Plaza de Las Américas. Ubicación Bogotá. Año del proyecto 2005. Tiempo de ejecución (meses) 2. Área construida (m²) 580. Acero empleado (ton) 24,5. Cálculo estructural acero Cuevas Construcciones Ltda. Fabricación y/o montaje de la estructura Cuevas Construcciones Ltda. Foto Edgar Santos.

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PUENTE PEATONAL UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA Su estructura metálica está conformada por vigas principales en perfil IPE, arcos de viguetas y barandas estructurales en tubo redondo. Cliente Universidad de San Buenaventura. Ubicación Bogotá. Año del proyecto 2007. Tiempo de ejecución (meses) 1. Acero empleado (ton) 5. Cálculo estructural acero Cuevas Construcciones Ltda. Fabricación y/o montaje de la estructura Cuevas Construcciones Ltda. Constructor Sáenz Ruiz Cadena. Foto Edgar Santos.

CAFÉ COSMOCENTRO La estructura metálica está conformada por pórticos de tubería estructural formando un puente, con nudos en platinas de acero, y un sistema tensado con varillas roscadas y clevises de acero pernado en voladizo. Cliente Café Cosmocentro. Ubicación Cali. Año del proyecto 2002. Tiempo de ejecución (meses) 3. Área del terreno (m²) 3000. Área construida (m²) 25. Acero empleado (ton) 1,5. Diseñador Arq. Norberth Aristizábal Marín. Constructora metálica Metálicas DYA. Calculista Ing. Yesid Murillo. Constructor Sinergia grupo 1+1 =3.

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EDIFICIO SCANNER CLÍNICA DEL COUNTRY La estructura aporticada de 4 pisos de este edificio contiene pórticos excéntricos, vigas W y tubulares cuadrados en acero A-50. Cliente Clínica del Country. Ubicación Bogotá. Año del proyecto 2006. Tiempo de ejecución (meses) 3. Área construida (m²) 800. Acero empleado (ton) 42. Cálculo estructural Diseños y Sistemas Ltda. Fabricación y/o montaje de la estructura Entrepisos Modulares S.A. Constructor Esteban Villa.

CENTRO EMPRESARIAL SIBERIA Estas diez bodegas de triple altura y mezzanine cuentan con una placa base en concreto reforzado, de una capacidad de 4 ton/m², estructura metálica reforzada y cubierta principal metálica con teja para iluminación natural. La estructura de soporte está conformada por vigas y columnas metálicas, y los muros superiores por Monowall, material recubierto con acero galvanizado, los cuales descansan sobre la viga de coronación de la mampostería. Cliente Taborda Maya & Cía S. en C. Ubicación Bogotá. Año del proyecto 2008. Tiempo de ejecución (meses) 8. Área del terreno (m²) 8.600. Área construida (m²) 7.900. Acero empleado (ton) 125. Arquitecto diseñador Constructora Siberia S.A., Arq. Chrystian Bertel Puyo. Fabricación y montaje de la estructura Procil S.A. Constructor Rivera y Llinás. Cálculo estructural Procil S.A. (estructural), Ingestral (cimentación). Panel Metecno (distribuidor Rotar Gesh). Foto Ing. Javier Rodríguez.

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Análisis

Elementos para una soldadura eficaz

Aunque para muchos es sencillo el acto de unir dos metales, en realidad la soldadura requiere amplios conocimientos con criterios de sanidad, calidad y confiabilidad sobre esfuerzos residuales originados, que pueden afectar un elemento o componente estructural. Juan José Montañez

E

l sueco Oscar Kjellberg fue el inventor del electrodo cubierto y de la soldadura de electrodo cubierto, también conocida como de arco manual, de varilla, de arco eléctrico o proceso SMAW, el más antiguo y versátil de todos los diferentes procesos de soldadura de arco. Este proceso encierra en su concepto original los elementos más complejos de la metalurgia en la soldadura, la cual se hará más confiable y competente si se entiende como un proceso metalúrgico utilizable en un innumerable listado de aplicaciones, que van desde el arte con estructuras soldadas, hasta los trabajos con los más altos estándares de exigencia en sectores como el aeronáutico o el nuclear. La soldadura ha adquirido gran importancia en diferentes proyectos como la fabricación y montaje de estructuras metálicas para edificios, grandes bodegas, puentes vehiculares y peatonales, fabricación y montaje de recipientes a presión, tuberías, oleoductos, tanques de almacenamiento, centrales hidroeléctricas, centrales térmicas, entre un amplio rango de aplicaciones. Existen alrededor de 50 diferentes tipos de procesos de soldadura, desde la mencionada por electrodo revestido hasta la atómica, con principios básicos comunes como el de fusión y unión. La soldadura pasa en fracción de segundos de estado sólido a estado líquido y de nuevo a estado sólido (Fig. 1).

Componentes En el proceso de soldadura por electrodo revestido o proceso SMAW (del inglés Shielded Metal Arc Welding) intervienen tres elementos que conforman el sistema: el metal base o elementos que se van a soldar, el metal de aporte (o electrodo)

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Construcción Metálica 8


Análisis

y la unión soldada, conformada por la fusión entre el material base y el material de aporte. Este último elemento, denominado soldadura, finalmente se constituye en la unión soldada, conformada por el fundente o revestimiento y la varilla o metal de fusión, dos materiales en el proceso de fusión por arco.

Gas de protección proveniente del revestimiento de electrodo

Dirección de avance

Núcleo del electrodo Metal sodificado Fundente del electrodo Escoria

1. Fundente o revestimiento Está constituido por agregados que hacen de su composición química y de la tecnología del electrodo una de las más importantes variables que intervienen en el proceso. Cada tipo de electrodo tiene una composición química diferente, útil específicamente para cada proceso. Entre sus principales constituyentes se encuentran: • Aglomerantes (silicato sódico o silicato potásico). • Ferroaleaciones con contenidos de manganeso y silicio. • Silicatos como mica o feldespatos. • Óxidos de hierro, titanio y silicio, entre otros. • Elementos aleantes como silicio y níquel, entre otros. El objetivo fundamental del revestimiento es la protección del metal fundido en estado líquido, evitando, bajo un ambiente de gas controlado, que entre en contacto con la atmósfera externa rica en oxígeno y nitrógeno proveniente del aire. Así mismo, aporta al metal fundido elementos químicos que darán propiedades físicas y químicas al metal líquido. De esta manera se promueve la formación de escoria que flota en el metal, con lo cual se hace del metal en estado líquido un compuesto químico estable compatible con la composición química del metal base y protegido en su proceso de solidificación. La composición química del revestimiento y su espesor dan fluidez a la escoria, viscosidad y tensión superficial, para proteger el metal fundido en estado líquido y hacer posibles los depósitos de soldaduras en posiciones horizontales o verticales, incluso en aplicaciones difíciles. Para lograr estos depósitos de soldadura no sólo interviene la tecnología de fabricación del electrodo, sino del conjunto del equipo de soldadura y habilidad del operario soldador.

E

70 x

x

Electrodo Rersistencia en ksi Posición de soldeo Tipo de revestimiento Fig. 2. Designación de siglas para los parámetros del electrodo de acero al carbono, por la American Welding Society AWS A 5.1.

Gotas de metal

Depósito de soldadura

Metal base

Fig. 1. Proceso de soldadura por electrodo revestido.

La American Welding Society AWS A 5.1, en su designación de siglas, define los parámetros del electrodo: 2. Varilla También conocida como núcleo o material de aporte, es el segundo elemento que interviene en el electrodo. En el proceso de soldadura SMAW se produce un arco eléctrico entre el metal base y el electrodo (Fig. 1). La intensidad del arco dado por el paso de corriente (amperaje) entre el electrodo y el material base genera calor que alcanza temperaturas superiores a 1800°C, suficientes para fundirla y generar una atmósfera adecuada, en la que el metal líquido funde el metal base y se logra un depósito de soldadura por fusión entre el metal base y el electrodo a lo largo de la soldadura entre elementos. En el arco eléctrico que se forma, el revestimiento se funde a menor velocidad que la varilla. De esta manera, se conserva la atmosfera térmica y se pueden proyectar las gotas de líquido de la varilla que se forman para direccionar el charco de metal fundido. El material de aporte es el acero, mientras que la composición química de la varilla debe ser similar a la del material base. De esta forma se logran incrementar, respecto del material base, las propiedades mecánicas del material de aporte fundido con los microaleantes que aporta el revestimiento. En los diseños de uniones soldadas se eligen electrodos cuya resistencia mecánica a la tensión sea ligeramente superior a la del metal base. Conforme a la clasificación de los electrodos AWS A.5.1 (Fig. 2), se tienen como elementos básicos para buen uso de electrodos en procesos de soldadura: • Calidad del electrodo revestido. • Propiedades mecánicas del metal depositado. • Composición química del metal de aporte y composición quí-

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Análisis

mica del metal depositado. • Posición aconsejable para soldar según el tipo de revestimiento. • Tipo de recubrimiento y tipo de corriente que se deben utilizar.

Metalurgia de la soldadura

Fig. 3. Micrografia. 100X – Nital 2%. Acero Tipo AISI-SAE 1005. Microestructura ferrítica 90% (granos blancos), perlita 10% (granos negros). En el centro se observa inclusión no metálica probable de sulfuro de manganeso.

Desde el punto de vista del comportamiento metalúrgico, la soldadura actúa en fracción de segundos. Tal como se explicó más arriba, una vez se establece el arco eléctrico entre el metal base y el electrodo se genera el calor suficiente para fundir el metal de aporte, el cual, a su vez, por la temperatura que alcanza en estado líquido, funde el material de aporte dejando por fusión una unión. Para explicar la fusión en términos de la metalúrgica, debe entenderse que es un acero al carbono como el acero estructural ASTM A 36, compuesto básicamente por hierro (Fe), carbono (C), azufre (S), fósforo (P), manganeso (Mn), silicio (Si) y cobre (Cu), con microaleantes como níquel (Ni) y aluminio (Al), donde el carbono y el hierro son los más importantes.

Fig. 4. Micrografía. 200X – Nital 2%. Acero Tipo AISI-SAE 1010. Microestructura ferrítica 90% (granos blancos), perlita 10% (granos negros).

Fig. 5. Micrografía de la perlita, placas de cementita con ferrita.

Fig 6. Macrografía. 20X – Macro-ataque. Acero Tipo ASTM A 36. Espesores de 25, 4 mm soldado a espesor de 38,1 mm. Proceso de soldadura SMAW E 7018.

50

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Constituyentes La relación de peso entre los dos principales elementos del hierro se explica en la Fig. 14, según el estudio de las transformaciones físicoquímicas que se suceden en el metal cuando pasa de estado líquido a estado sólido, a velocidades de enfriamiento relativamente bajas. De este diagrama se estudian las diferentes fases (constituyentes de los aceros), cuyas transformaciones se suceden a medida que la temperatura del líquido desciende hasta temperaturas de medio ambiente. Entre los constituyentes más importantes de los aceros se definen: • Ferrita: es el más común de los componentes de los aceros de bajo carbono, formado por hierro con átomos de carbono disueltos en su interior. Se conoce como una solución sólida de carbono en hierro, donde 0,0259%C es la máxima solubilidad del carbono que se obtiene a una temperatura de 723°C, también llamada A1. A partir de esta temperatura en descenso se obtienen las microestructuras típicas de los aceros en función de su porcentaje de carbono (%C), llegando a ser del orden de 0,001%C. Un acero de bajo carbono tiene su microestructura altamente ferrítica (Fig. 3). • Perlita: mezcla que se promueve en el punto conocido como eutectoide, donde su composición química es de 0,8% a 723°C. Corresponde a una única relación de ferrita del 86,5% y de cementita del 13,5%. En las microestructuras se define como láminas de ferrita en medio de láminas de cementita. El mayor porcentaje de perlita en un acero es sinónimo de mayor porcentaje de carbono. Además, las propiedades mecánicas se incrementan en función de la cantidad de perlita presente en el acero.


Análisis

• Cementita: componente de carburo de hierro, con 6,67% de carbono. Este microconstituyente es muy duro y frágil por la influencia de este último elemento químico. Uniones soldadas en aceros tipo ASTM A 36 Como se observa en las Figuras 6 y 7, el proceso de soldadura calificado, estudiado y analizado permite contar con un mayor conocimiento de las fuertes reacciones y transformaciones que sufre el metal base cuando es soldado. A este nivel, las soldaduras adquieren, por su espesor, comportamientos microestructurales, los cuales son, de alguna forma, aliviados térmicamente por los sucesivos pases de soldadura del proceso (Fig. 6). En materiales de bajo espesor, que solamente necesitan un pase para su soldadura, tendremos fases únicas entre el material de aporte y el material base. A nivel microestructural es posible ver la transformación que se presenta en la zona térmicamente afectada, así como las fases presentes en el material de aporte y zona de fusión, cada una de las cuales cuenta con propiedades mecánicas particulares, como la del material base, definida por la norma de referencia, la del material de aporte, que debe ser seleccionada en función del tipo de proceso que se va a utilizar en la soldadura y las especificaciones aplicables de la AWS, y la zona térmicamente afectada (HAZ), ligeramente afectada en sus propiedades mecánicas.

Fig 7. Macrografía. 10X – Macro-ataque. Acero Tipo ASTM A 588 Gr A. Espesores de 25,4 mm soldado a espesor de 25,4 mm. Proceso de soldadura Arco Sumergido SAW.

Material de aporte

Zona térmicamente afectada HAZ Material base Fig 8. Zonas típicas en procesos de soldadura.

Zona térmicamente afectada (HAZ) Corresponde a la interfase que se presenta entre la fusión del material de aporte y la del material base, asociada al calentamiento que se presenta en este último por debajo del arco en el proceso de soldadura. Con estudios en esta zona se pueden definir las temperaturas de transformación de fases, calentamiento, calor aportado, probables definiciones de temperaturas de precalentamiento y posiciones de soldadura. Esta zona guarda la historia de la soldadura en su desempeño y se convierte en la parte de mayor atención, junto con la zona de material de aporte, para los procesos de control de calidad, tanto en los métodos de fabricación y montaje, como en el posterior servicio. Como ejemplo se muestra la Fig. 10, donde se observan las bandas de perlita como producto de la laminación en caliente de la lámina de acero ASTM A 36. La Figura 11 muestra cómo hay transformación de grano y dilución de fases en estado sólido. Prácticamente existe un reacomodamiento de la fase perlítica en la fase ferrítica con alteración del tamaño de grano. Probablemente en esta zona de la micrografía se incrementan las propiedades mecánicas localizadas y existe un tratamiento térmico de recristalización y recocido.

Fig. 9. Micrografía. 100X – Nital 2%. Acero Tipo ASTM A 36. Corte sección transversal. Microestructura ferrítica 70% (granos blancos), perlita 30% (granos negros).

Fig 10. Micrografía. 200X – Nital 2%. Zona HAZ en acero tipo ASTM A 36.

Construcción Metálica 8

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Análisis

La Figura 12 corresponde al área de fusión de material de aporte y el material base o acero tipo ASTM A 36. En ella se observa, en la zona de fusión, la nueva formación de granos ferríticos con dilución de la perlita en una fase de grano fino. Este tipo de grano se ve altamente influenciado por las temperaturas de fusión y las velocidades de enfriamiento, que a su vez son variables importantes que se deben considerar en función del espesor de la pieza, la posición para soldar, el sentido de progresión y, lo más importante, el tipo de electrodo y su fundente.

Fig 11. Micrografía. 200X – Nital 2%. Zona HAZ – Fusión.

Esta micrografía también presenta formación de fases de tipo ferrítica, ferrita poligonal, ferrita acicular, ferrita de tipo Widmanstatten, perlita, probable vainita e inclusiones de tipo escoria. Lo anterior deja ver claramente el proceso de soldadura. Finalmente, se interpretan las transformaciones en estado sólido de las fases en el material base como una función del tiempo y la temperatura. Fig 12. Micrografía. 200X – Nital 2%. Zona material de aporte. Laboratorio de Metalografía IIC-EU.

Soldadura solidificada

1600 (2912)

Zona de transición sólido-líquido

1400 (2552)

TEMPERATURA PICO

Zona de crecimiento de grano

Líquido Líquido+ ã

1200 (2192)

Zona recristazada

1000 (1832)

Material parcialmente transformado

800 (1472)

Zona Templada

600 (1112)

Material de base no afectado

ASM Metals Handbook Volumen 6. Welding Brazing and Soldering.pdf

TEMPERATURA Co (oF)

ã

ã+ Fe3C

400 (752)

á+ Fe3C

200 (392)

0.15 1.0 Carbono. Porcentaje en peso

Zona afectada por calor

Fig 13. Diagrama Hierro – Carbono asociado a un proceso de solidificación y su influencia con el material base.

1300

30 (55)

10 (18)

3 (5,4)

0.22 (0,40)

1 (1,8)

0.05 (0,09)

2372

2 3 Tam

de

gra

no

1100 TEMPERATURA oC

2192

4

año

5

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TM

9

1832

1000 10

Ac3

Austen

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mogén

FerritaAu

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stenita

Ac1b

Ferrita Pe rlit

ea

Las siguientes variables del proceso de diseño, planeación y ejecución de la soldadura deben considerarse de forma integral para obtener los mejores resultados:

2012

6 7 8

tenit

a h om

1652

ogénea

+ Carb

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TEMPERATURA oF

1200

Por medio de diagramas de tiempo de solidificación o enfriamiento en función de la temperatura se pueden predecir las diferentes fases que se presentan en la unión soldada y específicamente en el material de aporte.

• Diseño de uniones soldadas. • Elaboración de procedimientos de soldadura. • Calificación de procedimientos de soldadura. • Calificación de soldadores. • Inspecciones y pruebas no destructivas confiables.

RATA CONSTANTE DE CALENTAMIENTO 2400 1000 300 100 (4320) (1800) (540) (180)

La Figura 13 ejemplifica cómo con el diagrama hierro-carbono se interpretan las fases presentes después de los procesos de soldadura. La Figura 14 hace la relación de fases en función del tiempo de solidificación. Este diagrama ayuda a predecir el comportamiento de la soldadura en servicio, como una función de sus propiedades mecánicas.

Además, con personal de amplio conocimiento en soldaduras y en proyectos con uniones soldadas, se podrán establecer procesos confiables y ejecutables para alcanzar altos estándares de calidad y una producción competitiva.

1472

a + auste

nita

Ferrita-Perlita

700 0.1

11

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00 103 TIEMPO (Segundos)

Fig 14. Diagrama Tiempo de solidificación – Temperatura.

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Construcción Metálica 8

104

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Autor Juan José Montañez. Ingeniero metalúrgico. Gerente técnico, de ingeniería, inspección y control de calidad. IIC-EU Ingeniería.


Terminal T4

Aeropuerto de Barajas (Madrid, Espa単a)


Inaugurada en febrero de 2006, la Nueva Terminal Aérea T4 –NAT por su sigla en inglés– se planteó como respuesta al gran crecimiento que desde hace más de diez años se está presentando en el transporte aéreo mundial, lo cual le permitirá a Madrid consolidarse como punto focal en las conexiones entre Europa y Latinoamérica. La utilización del acero para la construcción de los elementos estructurales más importantes fue fundamental para lograr la sensación de amplitud y ligereza que

©AENA - Manuel Renau

caracterizan a este complejo de 1.100.000 m2 de área total.


Especial

0

500

1000

D

esde su apertura, en 1933, el Aeropuerto de Barajas se ha ampliado en varias ocasiones. A principios de los años 90 se hizo insuficiente, evidenciando la necesidad de construir una terminal satélite, edificios de servicio y dos pistas al noroeste. Por esta razón, la entidad pública Aeropuertos Españoles y Navegación Aérea (AENA) abrió en 1997 un concurso público internacional, el cual fue adjudicado al consorcio UTE, formado por la oficina de arquitectura Rogers Stirk Harbour + Partners, liderada por el arquitecto británico Richard Rogers; Estudio Lamela, reconocida oficina de arquitectura en España, y las compañías de ingeniería TPS e Initec.

1500m

Edificio Satélite

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©Rogers Stirk Harbour + Partners

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Edificio Terminal

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Parqueadero

El diseño de la NAT T4 fue escogido por su simplicidad, adaptabilidad y flexibilidad, lo cual permite futuros cambios y expansiones; es un conjunto arquitectónico que responde a requerimientos complejos y extensos, como: ©Rogers Stirk Harbour + Partners

Planta localización

Fachada sur del muelle

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Construcción Metálica 8

El desarrollo total de la obra incluyó la Terminal T4 (470.000 m2), el edificio Satélite T-1S (315.000 m2) y otros 335.000 m2 destinados para parqueaderos y la construcción de edificios para una nueva estación de metro. El costo del proyecto fue de alrededor € 3.000 millones (USD $3.825 millones) incluidas las nuevas pistas y la infraestructura, comenzó en el año 2000 y se inauguró oficialmente en febrero de 2006.

• Una Terminal para vuelos internacionales y Shengen (vuelos dentro de la Unión Europea), con cerca de 500.000 m2; 174 counters, 38 plataformas para aviones y corredores de 1,2 km de largo para el muelle de abordaje. Incluye salas de embarque, facturación y recogida de equipajes. • Un edificio Satélite con salas de embarque, localizado a 2 km de la Terminal principal, para los vuelos internacionales no Shengen, nacionales y Shengen, con lo que se complementa el edificio de la Terminal; tiene cerca de 300.000 m2 y 26 plataformas para aviones, con la posibilidad de construir un segundo satélite. • Un parqueadero de vehículos de 310.000 m2, con capacidad para 9.000 automóviles. • Un intercambiador de transporte público –tren y metro– y un transportador de pasajeros interno entre los edificios Terminal y Satélite. • Dos nuevas pistas. • Conexión con la red de ferrocarriles de cercanías de RENFE (Red Nacional de Ferrocarriles Españoles). Para el año 2010 se proyecta que la NAT T4 preste servicio a más de 35 millones de pasajeros, cifra que se puede aumentar a 50 millones en el caso de que se lleve a cabo la construcción del segundo Satélite en 2020.


©Richard Bryant - Arcaid.co.uk

especial

Entrega de equipaje

El diseño se enfocó en brindarle al pasajero una experiencia mejorada, creando una atmósfera atractiva y tranquila, lo cual se logró con el uso de materiales y acabados que transmiten sensaciones de calma. La gama de colores de los materiales y el acercamiento a los detalles refuerzan la simplicidad del concepto arquitectónico. A pesar del tamaño del edificio, los pasajeros pueden orientarse con facilidad mediante el uso de las referencias visuales; además, un diagrama lineal y una clara progresión de espacios para la llegada y salida de vuelos contribuyen a la legibilidad y al buen uso de la terminal para pasajeros y trabajadores. El diseño desarrollado consta de cuatro principios básicos:

dizos y persianas, mientras que un sistema de ventilación de bajo impacto se usa en el muelle de embarcación y otro más convencional de alta velocidad en el resto del edificio. Dada la cantidad de niveles, fue necesario seguir una estrategia para llevar luz natural a los niveles más bajos. La solución se logró con una serie de patios libres de gran altura (cañones) que, ubicados entre los módulos, facilitan la orientación del pasajero y reducen significativamente la dependencia de la iluminación artificial, mejorando notablemente la calidad y la percepción del espacio. Estos cañones son atravesados por puentes donde los pasajeros pueden disfrutar la espectacularidad del espacio.

• Integración con el entorno: los terminales aéreos por lo general están rodeados de elementos secundarios (parqueaderos, plantas eléctricas, hoteles, etc.) que dificultan su clara comprensión. En este diseño las estructuras se integran al edificio principal teniendo en cuenta la topografía del sitio y permitiendo una lectura del conjunto. La secuencia de los cañones –grandes patios llenos de luz natural– establece la incorporación del entorno con el interior.

• Claridad espacial: el diagrama lineal y la clara progresión de espacios para la llegada y salida de pasajeros logra una clara legibilidad en los procedimientos que éstos deben seguir. El programa se distribuye en seis pisos: tres superiores para el check-in, seguridad, abordaje y reclamo de equipaje; y tres inferiores de mantenimiento, control de equipaje y conexiones.

• Energía: la edificación se beneficia de una orientación nortesur con las fachadas principales hacia el este y oeste, disposición óptima para proteger el edificio de ganancias de calor. Las fachadas están protegidas por una combinación de vola-

• Flexibilidad: la disposición propuesta se adapta a todas las actividades del aeropuerto, manteniendo una fuerte identidad arquitectónica a través de todo el proyecto; igualmente, tiene en cuenta las posibles ampliaciones futuras.

Construcción Metálica 8

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©Richard Bryant - Arcaid.co.uk

©AENA - Manuel Renau

Especial

El proyecto Con un programa de necesidades muy extenso, desarrollado en conjunto por AENA y la UTE, Barajas responde a una organización básica compuesta por tres edificios: 1. Terminal T4 Con un área de 470.000 m2, está organizado en tres módulos paralelos distribuidos en seis niveles: tres superiores (check-in, seguridad, abordaje y reclamo de equipaje) y tres inferiores (manteamiento, control de equipaje y conexiones), separados por cañones que proveen luz natural a los niveles inferiores del edificio. Esto contribuye a la estrategia medioambiental de reducir el consumo de energía, además de costos de mantenimiento. El tránsito vertical de pasajeros se hace a través de escaleras, rampas o elevadores, elementos de suma importancia para la orientación del usuario, pues indican la secuencia de acciones que el pasajero debe realizar cuando entra o sale. El programa de la T4 incorpora, además, 36 plataformas para aviones y recibe vuelos domésticos y Shengen.

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Construcción Metálica 8

2. Satélite T-1S La necesidad de crear un espacio independiente que, por razones de seguridad, separara los flujos de los vuelos no Shengen llevó a la construcción de este edificio, localizado entre las dos nuevas pistas (a 2,4 km de la T4), con una superficie de 315.000 m2. El edificio consta de dos volúmenes de seis niveles cada uno y un solo cañón. El primer volumen (Muelle de embarque y desembarque de pasajeros) tiene una longitud de 927 m, con capacidad para atender simultáneamente a dos aviones. El segundo volumen, paralelo al anterior, está destinado al control de pasaportes y a la zona comercial. Su acceso se da desde la terminal principal a través de un tren subterráneo. Para la conexión de los pasajeros, mercancías y equipajes entre los edificios Terminal y el Satélite se ha previsto un túnel de servicios debajo de las pistas. En la zona superior se encuentran las áreas para la circulación de vehículos autorizados y del Tren Automático de Pasajeros. La zona inferior tiene tres espacios idénticos que sirven únicamente para el Sistema Automático de Tratamiento de Equipajes.


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especial

3. Parqueadero Con capacidad para más de 9.487 vehículos y un área de 309.000 m2, consta de seis módulos de cinco plantas cada uno. A pesar del funcionamiento independiente de sus partes, parece unificado por el revestimiento exterior y un jardín en la cubierta de 56.000 m2. Se enlaza con el edificio Terminal por medio de dos pasarelas peatonales, protegidas por una extensión de la cubierta sinuosa de la Terminal. Características clave Arquitectónicamente el proyecto pretende demostrar: • La idea de un aeropuerto que no solo esté al servicio de grandes volúmenes de tráfico aéreo, sino que también forme parte del desarrollo urbano asociado con el intercambio de varios modos de transporte (avión, tren, metro, bus, taxi y carro). • Una solución espacial en la que los pasajeros vean simplificado el proceso de viaje.

• Un edificio que refleje el proceso secuencial de los pasajeros mediante la separación de diferentes módulos y volúmenes funcionales. • Una atmósfera relajada y clara dentro del edificio refleja el entorno. La cubierta sinuosa de bambú acompaña al pasajero durante su permanencia dentro del edificio. La apariencia es ligera y transparente, lo cual crea una fuerte conexión visual entre el exterior y el interior. • Fácil acceso al aeropuerto, así como una buena conexión entre el parqueadero y el transporte público. • Una construcción flexible y modular con potencial de crecimiento longitudinal y transversal; así mismo, una relación adecuada entre calidad y precio a partir del sistema modular repetitivo que permite la inclusión de elementos singulares con diseño especial. • Bajo consumo energético y la posibilidad de usar nuevas alternativas de energía cuando sea posible.

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©Rogers Stirk Harbour + Partners

Planta Terminal Nivel 0

Parqueadero

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Entrada

Construcción Metálica 8

Registro de equipaje Airside Passengers

Landside Passengers

Landside Passengers

Airside Passengers

Vertical & Horizontal Circulations

Vertical & Horizontal Circulation

Retail

Retail

Airport Services

Torre de operaciones

Airport Services

Luggage handling automatic system

Luggage handling automatic system

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Escala Grafica

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Escala Grafica

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Pasajeros con pase de seguridad Pasajeros Circulaciones vertical y horizontal Ventas al público Servicios del aeropuerto Sistema automático para el equipaje

Muelle

Pasajeros con pase de seguridad Pasajeros


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especial

Cañón B edificio Terminal

Construcción Metálica 8

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Especial

La estructura

Tanto el edificio Terminal como el Satélite cuentan con una estructura de tipo mixto: pilares y vigas postensadas de hormigón armado en las zonas inferiores y soportes metálicos que sostienen las principales vigas sinuosas de 72 m de la cubierta. Así se compone el módulo estructural que, de manera repetitiva, conforma la superficie de doble curvatura de la cubierta, la cual abarca toda la extensión de los edificios. Muy importante en el diseño estructural es el hecho de que las fachadas acristaladas colaboran especialmente en la estabilidad del conjunto, atirantando la cubierta a los forjados de hormigón mediante un sistema de barras de acero inoxidable (kipper-truss) a lo largo de todo el perímetro de los edificios.

Estudio Lamela

Otro elemento importante es el muro cortina de las fachadas, pues al atirantar la cubierta a los forjados de hormigón, me-

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Construcción Metálica 8

diante un sistema de barras de acero inoxidable a lo largo de todo el perímetro de los edificios, proporciona la estabilidad del conjunto. La utilización del acero para la construcción de los elementos estructurales más importantes del conjunto de edificios de la NAT T4 fue fundamental para lograr la sensación de amplitud y ligereza que lo caracterizan. Se manejó en los elementos constructivos como la estructura de cubierta, los soportes, el muro cortina de la fachada, los puentes y las pasarelas, los núcleos de circulación vertical y la malla de cerramiento del parqueadero. Así mismo, en numerosos elementos auxiliares no estructurales, diseñados para ser construidos con acero inoxidable, como bajantes de pluviales, barandillas y pantallas de protección, barreras para vehículos, entre otros. La versatilidad del material le confiere al proyecto su particular geometría, componiendo un solo cuerpo resistente que muestra seguridad y robustez, ligereza y amplitud. Prácticamente la totalidad del acero empleado quedó expuesto a la vista, lo que hace que el edificio muestre su esqueleto al pasajero.

Estudio Lamela

Uno de los principios arquitectónicos fue la modularidad de los elementos constructivos. Como la mejor solución para acomodar todos los usos se escogió un sistema flexible que emplea repeticiones modulares en una grilla de 18 m x 9 m, la cual permitió, además, sistematizar al máximo la construcción, facilitar su construcción y posibilitar su futura ampliación según las necesidades de cada momento.


especial

A lo largo de toda la cubierta se ubicaron sistemas de arriostramiento especiales para evitar el pandeo de algunas piezas, repartir las acciones horizontales y transmitir mejor las cargas a los soportes.

Estudio Lamela

Vigas metálicas principales Dado el gran volumen de actividad, desde el principio se pensó que el proyecto estuviera basado en una gran cubierta que, a modo de una sábana enorme, acogiera bajo ella los múltiples y variados usos del aeropuerto. La silueta alada de las vigas principales y la doble piel (de aluminio y bambú) le otorgan a la cubierta un protagonismo determinante dentro del proyecto. Con una longitud de 72 metros (medida en planta), las vigas principales están dispuestas cada 9 metros a lo largo de toda la cubierta. Su perfil geométrico tiene una gran relevancia en la imagen característica del edificio. Estas vigas se conforman mediante una sección de doble “T” simétrica y canto variable, que va desde los 750 mm en los extremos hasta los 1.500 mm en el centro, mientras que las alas son de 500 mm de ancho y 30 mm de espesor. El alma tiene un espesor constante de 15 mm.

Estructura en acero de vigas principales

Estudio Lamela

Estudio Lamela

Formando arcos entre las vigas principales se dispusieron perpendicularmente las vigas secundarias, con una separación aproximada de 3,50 m entre sí. Están definidas por perfiles laminados de acero, sobre las que se disponen correas que finalmente soportan la superficie de cubierta.

Construcción Metálica 8

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Estudio Lamela

Especial

Soportes metálicos en “V” Cada viga principal tiene cuatro puntos de apoyo, dos centrales y dos extremos, los cuales se encuentran sobre soportes metálicos empotrados en bases de hormigón, especialmente diseñados y coincidentes con los soportes de la estructura del edificio. De forma troncocónica, los soportes centrales están inclinados en forma de “V”, con un diámetro en la base de 750 mm y en su parte superior de 400 mm. Son de acero, de 16 mm de espesor, y están unidos a las vigas principales por medio de una rótula esférica con un gran tornillo del mismo material. En el centro del edificio, la estructura expuesta está coloreada de amarillo intenso y varía gradualmente a lo largo de los 1,2 kilómetros del muelle: rojo en el lado sur y azul en el lado norte, lo que le da brillo al edificio y ayuda al pasajero a orientarse. Soportes metálicos en “Y” Los puntos de apoyo en los extremos de las vigas principales se resolvieron con pilares en forma de “Y”, inclinados 19° respecto a la vertical. En su parte superior se separan formando los dos brazos de la “Y”, lo que permite el apoyo de una viga principal en cada uno de ellos.

Estudio Lamela

Estructura en acero de soportes en “V”

Los dos tubos elípticos de las “Y” son de acero, con 480 mm en uno de sus diámetros y 240 mm en el otro, y 14 mm de espesor. A pesar de recibir sólo una fuerza vertical, de estar inclinados y de tener forma de “Y”, absorben efectos de flexión importantes que son reducidos por el tirante dispuesto en la cabeza de ambos brazos y por la unión articulada con el apoyo inferior de hormigón. En el tramo donde son paralelos, los tubos se unen con chapas ubicadas a distintas alturas, por lo que llegan a trabajar como pilares empresillados. Los extremos superiores de los brazos están unidos por un tirante realizado con tubo. El apoyo inferior se articula con un gran tornillo de acero y el superior (la unión con la viga metálica principal) se dispone mediante una rótula esférica con otro gran tornillo.

Estructura en acero de soportes en “Y”

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Construcción Metálica 8

Cubierta Es uno de los elementos más significativos de los edificios Terminal y Satélite, al igual que la compleja fachada acristalada, que debido a las cargas de viento que soporta el edificio, se diseñó conceptualmente flexible, es decir, amarrada a la cubierta pero conservando su capacidad de movimiento. Para eso, los elementos verticales se convierten en tensores de acero, anclados a las vigas del borde de los forjados y a las vigas principales de la estructura de la cubierta. Sobre ellos se disponen horizontalmente los travesaños de apoyo de los vidrios. Debido a la presión-succión


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del viento, todo el conjunto (cubierta y fachada) se deformará simultáneamente hasta el límite que marca la tolerancia del sistema.

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Tiene un acabado exterior de aluminio y su interior es de bambú, este último apoyado en los soportes metálicos en “Y”. Fachada La NAT T4 pretende volver a la filosofía de que un aeropuerto es un gran espectáculo que no debe de ocultarse. Se trata de un mundo muy atractivo para cualquier espectador, tanto de día como de noche. Además, el paisaje que puede divisarse desde el interior de los edificios Terminal y Satélite contribuye a convertir el aeropuerto en un lugar agradable, con referencias constantes hacia el exterior. Según estos parámetros, la fachada se diseñó lo más transparente posible, con un sistema constructivo que minimiza todos los elementos estructurales para evitar obstáculos en la visión.

Corte fachada

©Richard Bryant - Arcaid.co.uk

A pesar de la gran superficie acristalada (40.000 m2 en la Terminal y 28.000 m2 en el Satélite), la entrada directa de sol se regula convenientemente, evitando el sobrecalentamiento de los espacios interiores mediante el uso de elementos que interrumpen la incidencia directa de los rayos solares sobre el vidrio. La prolongación en planta de la cubierta forma aleros de 16 m que protegen las fachadas acristaladas e impiden la radiación directa sobre el vidrio al mediodía.

Lámina exterior de acabado de aluminio Aislamiento térmico y acústico Chapa de cubierta Correas de cubierta Aislamiento térmico y acústico Estructura principal de cubierta Falso techo de madera laminada de bambú Plano de vidrio Barras Ø 12 mm de acero inoxidable Barras de tracción Ø 33 mm de acero inoxidable Piezas de fundición de acero inoxidable Estructura interior de acero Carcasa de aluminio anodizado Doble perfil UPN 300 de apoyo de vidrio Canaleta de climatización con tapa de aluminio Trompa de alimentación de climatización Rodapié macizo de piedra Vigas de hormigón pretensado de 72 m Pavimento de piedra natural Asientos Tótem de acero inoxidable de impulsión de aire climatizado Mostrador de embarque Falso techo de luminarias tipo “Wok” Fachada metálica modular de aluminio

Estudio Lamela

Los módulos de la cubierta, cada uno de 9 m, se sostienen con soportes de acero inclinados y articulados. En sentido longitudinal están separados 18 m en su nacimiento, bifurcándose luego hasta servir de apoyo a las vigas principales. En sentido transversal aparecen 4 pilares en cada alineación: dos centrales en forma de “V” y otros dos extremos en forma de “Y” que recogen el voladizo.

Vista de las cubiertas onduladas, donde se diferencian las tres zonas del proceso

Construcción Metálica 8

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Estudio Lamela

Especial

Voladizos y persianas sobre la fachada

Su estructura incluye como elemento principal unas vigas verticales denominadas kipper-truss, en forma triangulada y parecidas a un arenque. Estos elementos estructurales se sitúan cada 9 metros coincidiendo con los ejes de las vigas metálicas principales de cubierta, y su misión principal es asumir las cargas horizontales de viento que acometen a la fachada, así como responder a las posibles presionessucciones que se produzcan en la cubierta y en el alero que queda entre el soporte en “Y” y el plano definido por la fachada. Se trata de un elemento estructural compuesto por 4 brazos o bielas de acero inoxidable, a los que acometen dos familias simétricas de barras de acero inoxidable, una dentro del edificio y la otra en el exterior. Al ser pretensados, atirantan la cubierta a la estructura de hormigón, solución que garantiza un mejor aprovechamiento estructural de la fachada. De este modo, la carga de pretensado es tal que, ante las combinaciones más desfavorables de cargas, el elemento continúa trabajando a tracción con, aproximadamente, 3 o 4 toneladas.

cubierta, la cual está formada por un perfil tubular y coincide con el plano de fachada. Los travesaños dispuestos horizontalmente hacen que los kipper-truss asuman también parte del peso de los vidrios.

Ficha técnica Lugar Madrid, España Fecha construcción 2000-2005 Fecha operación 2006 Fecha operación total 2010 Cliente AENA (Aeropuertos Españoles y Navegación Aérea) Área construida total 1.100.000 m² Diseño arquitectónico Rogers Stirk Harbour + Partners Co-arquitecto Estudio Lamela Consultor para aeropuerto Initec y TPS Ingeniería de fachada Arup Paisajismo dosAdos Ingeniería TPS e Initec Ingeniería estructural Anthony Hunt Associates, TPS con OTEP y HCA

El peso de los vidrios (carga vertical) lo asumen principalmente los pendolones, que son unas varillas ancladas cada 3 m a la correa de

Fuente de información, Estudio Lamela y Rogers Stirk Harbour + Partners planos y fotos

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Construcción Metálica 8


Legado

Sistemas de edificios metálicos

Avances del proyecto de industrialización en la construcción Hernando Vargas Caicedo

Sistemas cerrados

Edad industrial

Suministros

Productos

Selección

Equipo del sistema

Selección

Fabricante de sistemas

Gestión

Necesidad del mercado

Consumidores

Retroalimentación

Sistemas abiertos

Edad preindustrial

Suministradores

Selección

Consumidor

Selección

Necesidad del mercado

Suministros

Gestión única Constante retroalimentación

Cliente Consumidor Compras Plan

Diseño

Ingeniería

Montaje de planta

Los edificios metálicos han tenido una larga y diversa historia en materia de tipos, usos, escalas, promotores y suerte. Desde los hospitales de campaña, casas de colonos, teatros y mercados, hasta palacios para grandes exposiciones, galpones para industrias o contenedores para viviendas, de la mano de empresarios como Bogardus o teóricos como Viollet-le-Duc, la posibilidad de prefabricar cualquier tipo de obra construible ha convocado imaginaciones y suscitado distintos grados de respuesta e integración. Este artículo se propone sintetizar algunos momentos de este proceso para situar los actuales sistemas metálicos para edificios dentro de un contexto mayor y ponderar sus aportes y limitaciones.

Producto

Comparación de sistemas abiertos y cerrados de prefabricación

Sistema Cerrado

Incubación de los edificios metálicos

Mercadeo

Envío

Sistemas abiertos y cerrados A pesar de las declaraciones de los pioneros de la racionalización de la construcción, como Behrens y Gropius, sólo en tiempos de la posguerra se dieron en Francia definiciones sobre la sistematización de los edificios, sus componentes y sus procesos de producción. Es evidente que la crisis de la vivienda y la reconstrucción exigían el aporte del diseño, las economías de escala, la normalización, la presencia de equipos y la contribución de los proyectos estatales, como sucedió con las escuelas de California e Inglaterra, para poder alcanzar un horizonte hipotético de nuevos tipos, relaciones con los mercados, catálogos de componentes y organizaciones industriales para la investigación, el diseño y la fabricación. Se trataba de superar la edad preindustrial con la aparición de productores de sistemas, conseguir una fabricación continua de edificios y compactar el universo fragmentado de la gestión de la obra tradicional.

Consumidor

Modelo

Proveedores

Producción continua de edificios

Sistemas de prefabricación cerrada

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Construcción Metálica 8

Subcontratistas

El edificio metálico y sus promesas Concebido para optimizar materiales y tiempos, y propuesto para competir ante diversas situaciones y exigencias, el conjunto de sistemas metálicos para edificios fue formulándose acumulativamente desde su nacimiento con Butler, en Missouri, cuando se trataba de cubrir en garajes de casas de suburbios los nuevos


Legado

modelos T de la Ford o de ofrecer galpones a los agricultores del Oeste Medio a principios del siglo XX. Ciclo del proyecto de un edificio metálico 1. El cliente presenta su proyecto al fabricante o su representante, quienes analizarán las posibilidades de adaptación a los producto, para estandarizarlos y conseguir economía en costos y tiempo. 2. El representante del fabricante pide cotización del edificio. 3. El fabricante envía cotización del edificio por medio de su representante. 4. El cliente y el representante del fabricante revisan la oferta. 5. En caso requerido, el fabricante remite revisión de la oferta al representante. 6. El cliente aprueba la propuesta aceptando condiciones o firmando la orden de compra. 7. Se designa un gerente de proyecto para atender la planeación. 8. Se concluyen diseño y detalles del proyecto. 9. Se fabrican los elementos componentes del edificio. 10. Se empacan y despachan a obra los elementos del edificio. 11. Se monta y se entrega el edificio.

Componentes Dentro del entorno de los huracanes, en el Medio Oeste, el nuevo edificio metálico tuvo que esperar décadas para disponer de guías para su adaptación a las zonas sísmicas. Entre tanto, sus modelos evolucionaron con la expansión de la base comercial suburbana de Norteamérica, que privilegió una arquitectura horizontal, muchas veces anónima, como forma de ocupación del territorio, sin límites de vecinos para sus frecuentes expansiones. El edificio estandarizado debía resumir subtipos y ser esencialmente transformable para crecer y adoptar múltiples fisonomías. Las cubiertas Los techos, protectores para diversas actividades, evolucionaron con celeridad al recurrir a las láminas de acero formadas en frío y gradualmente tratadas para durar y decorar. Los sistemas sándwich aparecieron con la industria de aislamientos al final de la década de 1950 y se transformaron para convertirse en conjuntos autoportantes de complejo desempeño, superando los pesados cerramientos. La gran constelación de elementos de la cubierta y la envolvente exterior se cambiaron en todas y cada una de sus piezas, con nuevos argumentos estructurales, arquitectónicos y constructivos: techos casi planos, hermeticidad y estandarización. Las formas para resistir, controlar el agua y proveer el control climático también presentaron un cambio importante. En lámina delgada, sobre armazones contraventeados de siluetas optimizadas para mínimo peso, se formaron nuevos cajones que dejaron atrás los altos galpones en diente de sierra. Orientado ha-

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Sistema estructural tradicional metálico

Construcción Metálica 8

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Legado

cia la simplicidad en su concepción, fabricación y montaje, el nuevo conjunto fue agregando elementos a un catálogo que era ofrecido por un solo fabricante con una ágil posibilidad de propuesta, contrato y puesta en servicio. SISTEMAS DE CUBIERTA SIN TRASLAPO Perfil

Uso Uso comercial arquitectónico e industrial

BATTENLOK® HS

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SUPERLOK®

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ULTRA-DEK®

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X

DOUBLE-LOK®

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LOKSCAM® SERIES

Detalle de perlín sobre viga principal

Uso residencial

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SISTEMAS DE CUBIERTA CON FIJACIÓN OCULTA Perfil

Uso residencial

Uso Uso comercial arquitectónico e industrial

CRAFTSMAN SERIES HIGH BATTEN

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X

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CRAFTSMAN SERIES LARGEN BATTEN

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CRAFTSMAN SERIES SMALL BATTEN

X

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SLIMLINE®

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SISTEMAS DE CUBIERTAS CURVADAS Perfil

Detalle de cumbrera

Uso residencial

Uso Uso comercial arquitectónico e industrial

CRAFTSMAN SERIES HIGH BATTEN

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CRAFTSMAN SERIES LARGEN BATTEN

X

X

Accesorios, fijaciones y herramientas La lógica general del nuevo sistema implicó una redefinición completa del proceso, para tomar en cuenta su integridad, coordinación y agilidad. Los detalles estandarizados y las piezas, desde las más grandes hasta las minúsculas, se vincularon por una ley de eficacia, bajo el comando de cabeza única del proyecto.

Manejo de materiales para montaje

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Construcción Metálica 8

Sistemas metálicos El edificio metálico prediseñado integra componentes estructurales ligeros y de envolvente al nivel conectado, pero el resultado es el de una estructura y una envolvente que se combinan para producir un efecto estructural común. Cada componente añade resistencia y rigidez a la forma total. Los entrepisos, a menudo descubiertos en aplicaciones de bodegas e industria, unifican la envolvente, la estructura y los sistemas interiores, y es la única preparación mayor que se


Legado

realiza en el sitio para el montaje de la edificación. Los componentes prediseñados en lámina formada en frío son muy flexibles y pueden usarse para una amplia variedad de formas y tamaños de edificio. Estos edificios pueden desmontarse y trasladarse rápidamente. La naturaleza rectilínea de estos sistemas por lo general da como resultado dimensiones que pueden ampliarse fácilmente en su mayor posibilidad. Los sistemas mecánicos y eléctricos se entremezclan en cielos, pero la planta mecánica (señalada en la imagen sobre el piso adyacente al edificio y de fácil montaje en techo) se deja generalmente en el exterior, lo que a veces representa una dificultad de integración visible. El bajo peso del sistema de envolvente, valioso para su embarque, es especialmente vulnerable a la succión del viento y requiere gran cuidado en su diseño y disposición de fijaciones. Para aplicaciones donde se aprecian la privacidad o el aislamiento acústico, la piel delgada presenta un problema acústico. Los sistemas de marcos y pieles metálicas para edificios aprovechan las técnicas de ensamblaje industrial y de control de calidad. La integración estructural de los componentes de entramados con la envolvente para resistencia y rigidez, permite grandes economías tanto en tamaño como en el número de componentes del entramado de acero. Los elementos primarios y secundarios del entramado, fijaciones y paneles interactúan para producir una cáscara de la edificación ligera y estable. Todos los componentes de entramado y cerramiento se diseñan, detallan y fabrican en planta, y luego se envían para montaje. La misma compañía ofrece diseños e ingeniería, y después monta el sistema. Los componentes estructurales metálicos se dimensionan y desarrollan generalmente de acuerdo con los requisitos exactos de una aplicación, con lo que se consigue economía en los materiales y velocidad en la construcción. VENTAJAS DE LOS EDIFICIOS METÁLICOS Calidad

La industria de edificios metálicos acumula más de 100 años de experiencia en componentes y edificios de desempeño comprobado.

Conocimiento

Los edificios metálicos han estimulado, desarrollado y recogido experiencia e investigación expresadas en documentaciones, estándares, productos y sistemas, con un amplio catálogo de soluciones.

Certificación

Las asociaciones industriales (en países como los Estados Unidos) agrupan y certifican edificios y fabricantes.

Red de servicio

Los principales fabricantes entrenan y apoyan amplias bases de firmas que aplican en diferentes sitios las soluciones de edificios metálicos.

Fácil ampliación

Muchos tipos de edificios metálicos permiten una cómoda extensión por sus características de diseño.

Agilidad

Los edificios metálicos son la solución más rápida por su prediseño, prefabricación y despacho.

Fácil montaje

Edificios, paneles y componentes metálicos son de sencilla y rápida instalación por su configuración y estandarización.

Economía en detalle y montaje

Por su racionalización, los edificios metálicos permiten aprovechar detalles y procesos ya resueltos que acortan y economizan tiempo y costo.

Diversidad arquitectónica

Los fabricantes ofrecen gran variedad de productos y sistemas en combinaciones variadas para diversos tipos de arquitectura no residencial.

Accesorios de fijación

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liquidación de costos finales de la edificación. Los arquitectos que trabajan con sistemas prediseñados para edificios metálicos pueden confiar en el apoyo técnico del fabricante, que incluye la preparación de documentos de ingeniería para fabricación y subsistemas. Este enfoque de la construcción es particularmente ventajoso para aplicaciones que requieren grandes luces interiores, el apoyo de puentes grúa pesados o áreas muy extensas de cubierta. Más a menudo se asocia con componentes “estándar” de edificación e incluso en “edificios estándar”. La industria de edificios metálicos es capaz de responder a demandas altamente especializadas, empleando componentes estructurales estandarizados y producción en fábrica. El sistema de tejado metálico sin traslapo requiere menos mantenimiento que otras alternativas y la experiencia de su desempeño a largo plazo es excelente. Muchas de estas cubiertas ofrecen una membrana monolítica flotante conectada por una serie de fijadores que permiten el movimiento. Este método acomoda libremente los ciclos de expansión y contracción causados por los cambios térmicos. Adicionalmente, ofrecen una gran variedad de detalles, colores y acabados. Elementos para cubiertas

Herramientas para montaje

Una variedad de alternativas de cerramiento exterior está disponible, desde pieles ligeras corrugadas hasta paneles sándwich totalmente aislados, que ofrecen acabado interior y exterior. Los fabricantes también ofrecen puertas, ventanas y componentes de claraboyas de techo, las cuales trabajan como elementos integrales de los sistemas de envolventes e interiores. Aplicaciones y ventajas Los marcos y cerramientos exteriores prediseñados son dominantes en los países industriales, en lo que tiene que ver con edificios de bodegas, agricultura y construcción industrial liviana, aunque también se utilizan en instalaciones para oficinas y comercio al detal. Su uso está generalmente confinado a construcciones de un piso, pero la experiencia aumenta en edificios de varios pisos. La centralización de responsabilidad por la ingeniería, fabricación y construcción permite un cercano control de costos y una pronta

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Claves para la integración de sistemas constructivos Aunque los sistemas estructurales y de envolventes –en los catálogos de los fabricantes internacionales– tienen por lo regular una alta integración, los sistemas mecánicos e interiores pocas veces son considerados por sus fabricantes en algún detalle. Cuando se usan paneles sándwich para aislamiento en los acabados interiores y exteriores se requiere especial cuidado para detallar y proteger las conducciones eléctricas y de señales. El tejado sin traslapos presenta muchos ítems que deben preocupar a los arquitectos diseñadores: la modularidad de paneles de techo y sus sellos; la localización de ductos de redes hidrosanitarias, claraboyas y otras aperturas en cubiertas; los detalles apropiados en intersecciones con flanches (bridas), en especial en las cumbreras, y la importancia de remates de áticos, parapetos y detalles de ese orden para controlar los empozamientos de agua, son algunos de ellos. Los sistemas metálicos para edificios son muy ligeros, por lo que en áreas sometidas a vientos deben cuidarse el arriostramiento del sistema estructural y el detallado de fijaciones y diseño de envolventes exteriores. Las esquinas y aristas están expuestas, en particular, a empujes de succión y levantamiento. De hecho, los ensayos en túneles de viento han sido esenciales para desarrollar y consolidar conocimiento, configuraciones y detalles para una construcción más segura frente a estas solicitaciones.


Legado

Metal Building en Estados Unidos Los componentes básicos del Metal Building que han permanecido invariables desde su origen son: el pórtico principal (Primary Framing), el pórtico secundario (Secondary Framing), la fachada (Wall Systems & Panels) y las cubiertas (Roof Systems & Panels). Por su inicio sistematizado en Estados Unidos, este país cuenta con gran cantidad de estructuras, empresas diseñadoras, fabricantes, constructoras y proveedoras relacionadas con el tema, que con el paso de los años han promovido la construcción de las estructuras, en búsqueda de competitividad en el mercado, mejora de las tecnologías y popularización de productos. Todo este proceso ha sido posible gracias a la formación y consolidación de diferentes asociaciones de la industria, como la MBMA (Metal Building Manufacturers Association), la MBCI (Metal Roof and Wall Systems), la MBCEA (Metal Building Contractors and Erectors Association), entre otras, que han contribuido a organizar la información, capacitar a empresas asociadas y establecer normativas para avanzar en seguridad y calidad de materiales, componentes, sistemas, productos y servicios finales. Para esto se han creado certificaciones como la AISC-MB, de la MBMA, y otras otorgadas por la MBCI en instalación de cubiertas y fachadas, tendientes a garantizarles a los compradores las estructuras diseñadas, fabricadas y montadas por las compañías certificadas. Gracias a los títulos otorgados por las asociaciones que los certifican como compañías con alto grado de calidad, las diferentes empresas buscan unirse a las asociaciones pertinentes para obtener un respaldo que les permita ser más competitivas en el mercado, por lo que el número de empresas afiliadas a estas asociaciones ha crecido considerablemente desde su fundación. La producción de estas estructuras aumentó de 200.000 toneladas en 1958 a 1.506.164 en 2006 y, conforme a estadísticas de la MBMA, desde su fundación en 1956 la industria del Metal Building ha crecido el 25% por década. Las asociaciones clasifican a sus miembros en grupos para facilitarle al cliente sus operaciones en materia de contratistas, constructores, techadores y constructores de fachadas (contractors, builders and erectors, roofers). La MBMA, la asociación más importante en Estados Unidos en el ramo, publica especificaciones para diseño, fabricación y montaje de las estructuras, y clasifica a sus miembros en dos grandes grupos. Los encargados del diseño y montaje de las edificaciones se designan como los fabricantes (Building Systems Manufacturers) y quienes fabrican y proveen materia prima y piezas prefabricadas a los del primer grupo (Associated Members) son un conjunto de empresas manufactureras.

Las asociaciones conformadas de la industria han contribuido en el avance de materiales, sistemas y servicios finales

Empresas y ayudas Para el diseño estructural se tienen en cuenta múltiples cargas, las cuales generan esfuerzos en la estructura para que el diseño cumpla con estándares de ingeniería de alta calidad y se obtenga reducción de costos por mantenimiento y por ciclo de vida. Muchas empresas ofrecen diferentes softwares para el diseño, detallado y evaluación de costos de la estructura, basados en los requerimientos del cliente y en la ubicación de la estructura. Estos paquetes cuentan con numerosas bases de datos de códigos de Estados Unidos y del mundo con el fin de acomodarse a diferentes normativas existentes y poder ser más competitivos. Estas plataformas también apoyan la realización de planos en programas como AutoCAD, reduciendo tiempos del proceso de diseño/detalle/dibujo hasta en un 50%, en comparación con empresas que no los usan. Además, soportan la definición de costos de la estructura, su programación y los flujos de caja. El recuento de algunas de las principales firmas de este ramo muestra un florecimiento particularmente importante a partir de las décadas de 1970 y 1980. A su turno, el listado de miembros asociados conforma una base de soporte esencial en la cadena productiva que ofrece diversos insumos, conocimiento y herramientas a los fabricantes de los edificios.

Edificios en Europa y Asia La construcción metálica nació en Europa, específicamente en Inglaterra, a finales del siglo XVIII. Con las guerras, entre otros estímulos, el acero comenzó a popularizarse para la construcción de obras civiles, lo que amplió su demanda introduciéndose gradualmente en diferentes tipos de obras. Hangares, vías férreas y puentes fueron entonces infraestructuras prioritarias. Actualmente crece la construcción en metal de edificaciones industriales, re-

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Como nueva modalidad de edificios sistematizados, se conocieron en Europa desde 1967 los estándares norteamericanos cuando Butler, pionero mundial originario de Norteamérica, se estableció en Escocia. Muchas empresas de este tipo se ha extendido en diversos países que, como la multinacional Metecno (fundada en Italia), han ampliado su radio de acción y elevado su actividad. En Asia, los japoneses tuvieron tempranas industrias en la siderúrgica y la construcción metálica en la región asiática. Con el movimiento de calidad y reindustrialización de la posguerra, sus empresas y productos se ampliaron y especializaron. En la década pasada, China entró a ser un actor destacado en la producción de sistemas metálicos para edificios y participa en el mercado internacional.

Puerta de Europa o Torres Kio. Madrid, España

sidenciales y no residenciales, como centros comerciales, oficinas, agrícolas, entre otros. La construcción metálica comprueba su crecimiento dentro del total de estructuras destinadas a cada tipo. Inicialmente, la gran demanda de estructuras metálicas condujo a que cada país realizara sus propios estudios y códigos de construcción metálica. Actualmente, en medio de la globalización, el Comité Europeo de Estandarización apoya el Código Europeo o Eurocode para reemplazar los códigos nacionales, con edición creciente de normas sobre sistemas metálicos desde 1990. En Alemania, gran productor de acero para la construcción, para las edificaciones industriales y no industriales de un solo piso y las de destinación agrícola, este material domina el mercado general de la edificación con 60%. En Austria, este tipo de construcción aporta cada vez más a los diferentes sectores de la industria, como es el caso de las estructuras de más de un piso, en las que se duplicó su participación en un periodo de cinco años. Dinamarca ha adoptado la construcción metálica como una opción viable y la proporción de la construcción metálica ha sido muy elevada en los sectores agrícola e industrial en los últimos años, cuando se alcanzaron participaciones del 70% y 50%, respectivamente, en las estructuras de estos sectores. Las construcciones metálicas en el Reino Unido ocupan los mayores porcentajes tanto en infraestructura como en los diferentes tipos de edificaciones. En el caso de edificaciones industriales, dominan con el 95% del mercado. En Rumania, la edificación industrial metálica ocupa aproximadamente el 75%.

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REFERENCIA

Galería bibliográfica SKYSCRAPERS: STRUCTURE AND DESIGN

STEEL, CONCRETE AND COMPOSITE DESIGN OF TALL BUILDINGS

HISTORIA DE LA SIDERURGIA LATINOAMERICANA

DICCIONARIO SIDERÚRGICO TRILINGÜE INGLÉS - ESPAÑOL PORTUGUÉS

Autor: Matthew Wells Editorial: Lawrence King ISBN: ISBN 10: 0300106793, ISBN 13: 9780300106794 Páginas: 192 Contenido: este libro examina ejemplos contemporáneos de rascacielos, desde la perspectiva de la arquitectura y la ingeniería. El autor explica los principios estructurales detrás de la creación de estos edificios y la forma en que están diseñados para resistir a terremotos, vientos, fuego y ataques terroristas. La mayor parte del libro analiza 29 de los últimos rascacielos construidos en todo el mundo. Cada proyecto se ilustra a todo color. El texto, los dibujos y los detalles, muestran cómo fueron construidos y qué características innovadoras incorporaron.

Autor: Jóvito Martínez Guarda Año: 2002 Editorial: ILAFA Contenido: trabajo que cuenta el origen y desarrollo de la industria del hierro y el acero en América Latina. Permite tener en un documento único todo el pasado y presente de esta actividad industrial en el continente. Escrito en un estilo ameno y directo, es producto de una larga investigación de su autor, el economista venezolano Jóvito Martínez, quien durante años ha sido actor y testigo de hechos trascendentales en la evolución de la siderurgia continental.

ESTRUCTURAS DE ACERO. UNIONES Y SISTEMAS ESTRUCTURALES. Edición 2

Autores: Ramón Argüelles Alvarez, Ramón Argüelles Bustillo Y J. R. Atienza Reales Año: 2000 Editorial: Bellisco ISBN: 9,7885E+12 Páginas: 600 Contenido: esta publicación complementa el Tomo I ¨Estructuras de acero: Cálculo, Norma básica y Eurocódigo”, resolviendo aspectos de gran importancia en la construcción metálica como son las uniones, estructuras de edificios urbanos, naves, puentes, etc. Sigue. Dirigida a profesionales y estudiantes, dado su carácter teórico y práctico.

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Autor: Bungale S. Taranath Año: 1997 Editorial: McGraw-Hill ISBN: ISBN 10: 0070629145, ISBN 13: 9780070629141 Páginas: 1.024 Contenido: este libro ilustrado proporciona una perspectiva práctica de todos los aspectos del acero, el concreto, y su uso compuesto en el diseño de rascacielos. Actualiza a los profesionales en los últimos códigos y estándares del ANSI, e incluye casos de estudio de importantes edificios en el mundo, proporcionando un análisis del por qué y cómo fueron tomadas las decisiones estructurales específicas de cada sistema. Discute estudios recientes de la vulnerabilidad sísmica, el efecto del viento y las fuerzas sísmicas en el diseño, entre otros.

Autor: ILAFA Año: 1994 Editorial: ILAFA Contenido: una herramienta para la comunicación entre los especialistas en siderurgia. La globalización de los mercados impuso la necesidad de “hablar el mismo idioma”, lo que motivó a ILAFA a emprender la enorme tarea de recopilar más de 7.000 grupos de vocablos con su equivalente en inglés y portugués, dando origen a este particular diccionario.

EL PROYECTISTA DE ESTRUCTURAS METÁLICAS. Tomo 1

Autor: Robert Nonnast Manchón Año: 2008 Editorial: Paraninfo ISBN: ISBN 10: 8497322045, ISBN 13: 9788497322041 Páginas: 288 Contenido: obra práctica y resumida, de enseñanza y de consulta, que trata todo lo necesario para proyectar, desde las fórmulas y su aplicación, hasta todas las tablas de perfiles, momentos y esfuerzos necesarios. Incluye numerosos dibujos, gráficos, diagramas y tablas, para mejorar su interpretación.


REFERENCIA

STRUCTURAL DESIGN OF RETRACTABLE ROOF STRUCTURES

MULTI-SCALE MODELLING FOR STRUCTURES AND COMPOSITES

EARTHQUAKE ENGINEERING. CHALLENGES AND TRENDS

MEGACITIES. REDUCING VULNERABILITY TO NATURAL DISASTERS

Autor: Kazuo Ishii Editorial: WIT Press Southampton, Boston ISBN: 1-85312-619-5 Páginas: 187 Contenido: aunque el uso de la cubierta retráctil se remonta a hace mucho tiempo, su construcción e implementación a nivel mundial y en grandes dimensiones son un fenómeno relativamente reciente. Este libro presenta datos del estado del arte, así como guías y recomendaciones para un diseño con base en resultados del grupo de trabajo de la IASS (Asociación Internacional para Estructuras Espaciales y Membranas).

Autor: Luis Esteva Edición: J.J. Pérez Gavilán E. Fecha: 2006 Editorial: Instituto de Ingeniería UNAM ISBN: 970-32-3699-5 Páginas: 651 Contenido: parte 1: ratas de falla sísmica de marcos de varios pisos, demandas de ductilidad sísmica, instrumentación óptima de sistemas estructurales inciertos, simulación, optimización de ciclo de vida en parámetros de aceptación de desempeño para diseño sísmico. Parte 2: mitigación de pérdida sísmica por construcciones vulnerables, nuevos enfoques, evaluación y diseño sísmico de estructuras basados en desempeño.

Autor: G. Panasenko Fecha: 2005 Editorial: Springer ISBN: 1-4020-2981-0 Páginas: 398pp Contenido: las estructuras con rodillos se usan ampliamente en la ingeniería moderna. Este libro plantea un análisis asintótico de ecuaciones de física matemática y de elasticidad de estructuras de rodillos (sin hipótesis y suposiciones simplificadoras). Se presentan métodos de modelación a escala múltiple, homogeinización y descomposición de dominios. Incluye matemáticos rigurosos de estructuras de tipos Kirchhoff-Love y Kirchhoff-Clebsch.

Autores: Overseas Development Administration, UATI, WFEO Edición: Institution of Civil Engineers Fecha: 1995 Editorial: Thomas Telford ISBN: 0-7277 2068-6 Páginas: 170 Contenido: riesgos naturales (fenómenos y efectos), de riesgos a desastres en megaciudades, la racionalidad de la mitigación, comprensión del riesgo. La contribución de la ciencia, vulnerabilidad de la infraestructura física, dimensiones humanas en los desastres, reducción del riesgo, gestión urbana, conciencia pública, estrategias de mitigación.

PRINCIPLES OF STRUCTURAL DESIGN

SANDWICH CONSTRUCTION

TENSION STRUCTURES. BEHAVIOR AND ANALYSIS

THE BEHAVIOR OF SANDWICH STRUCTURES OF ISOTROPIC AND COMPOSITE MATERIALS

Autores: Varios Edición: W.F. Chen, E.M. Lui Fecha: 2006 Editorial: Taylor and Francis Group ISBN: 0-8493-7235-6 Páginas: 528 Contenido: estructuras de acero, diseño de marcos en acero con análisis avanzado, estructuras de acero formado en frío, concreto preesforzado, estructuras de mampostería, estructuras de madera, diseño estructural basado en confiabilidad, configuración estructural basada en ingeniería del viento.

Autor: John William Leonard Año: 1987 Editorial: McGraw-Hill ISBN: ISBN 10: 0070372268, ISBN 13: 9780070372269 Páginas: 400 Contenido: las estructuras a tensión son conjuntos en los que sus miembros transmiten cargas a apoyos, y soportan esfuerzos de tensión que pueden tomarse mediante cables, membranas o combinaciones de éstos. Este libro incluye estructuras neumáticas, membranas preesforzadas, redes de cables, amarres, cables de suspensión, torres y carpas atirantadas, plataformas marinas y rompe olas.

Autor: Dan Zenkert Edición: EMAS Fecha: 1995 Editorial: The Chameleon Press ISBN: 0-947817-77-8 Páginas: 277 Contenido: el laminado sándwich permite un diseño estructural extremadamente eficiente. Con un corazón ligero entre dos láminas exteriores, pocas construcciones pueden alcanzar su relación entre rigidez y densidad. Aunque muchas empresas usan estos laminados para sus productos, puede ser difícil encontrar información confiable al respecto.

Autor: Jack R. Vinson, Ph.D., P.E. Fecha: 1999 Editorial: Technomic Publishing Company Inc ISBN: 1-56676-699-0 Páginas: 378 Contenido: estructuras en sándwich: origen, ventajas y usos; elasticidad anisotrópica y teoría de laminados compuestos; derivación de ecuaciones que gobiernan placas sándwich (paneles); vigas, columnas y barras de materiales compuestos; métodos de energía para estructuras sándwich; soluciones para placas sándwich rectangulares; efectivos dinámicos de placas sándwich; inestabilidad elástica (pandeo) de paneles sándwich; entre otros.

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REFERENCIA

JOINING AND REPAIR OF COMPOSITE STRUCTURES

PRACTICAL ANALYSIS OF COMPOSITE LAMINATES

DESIGN OF STEEL BINS FOR STORAGE OF BULK SOLIDS

EARTHQUAKE RESISTANT ENGINEERING STRUCTURES

EXPERT SYSTEMS IN CONSTRUCTION AND STRUCTURAL ENGINNERING

DESIGN OF STEEL STRUCTURES

STEEL STRUCTURES. CONTROLLING BEHAVIOR THROUGH DESIGN

CONNECTION FLEXIBILITY AND STEEL FRAMES

Autores: Keith T. Kedward, Hyonny Kim Fecha: 2004 Editorial: ASTM International ISBN: 0-8031-3483-5 Páginas: 216 Contenido: esta publicación contiene ensayos presentados en el simposio del mismo nombre, celebrado en Kansas City, 2003, y patrocinado por el Comité D-30 sobre materiales compuestos.

Autor: Edwin H, Gaylord, Jr. Charles N. Gaylord Edición: Prentice Hall Año: 1984 Editorial: Prentice Hall ISBN: 132013681 Páginas: 359 Contenido: el diseño exitoso de silos y tanques para almacenamiento de materiales granulares en acero es muy especializado. El tipo de sólido almacenado en masa y sus propiedades mecánicas son consideraciones importantes, y afectan la funcionalidad de varios tipos y dimensiones de recipientes. Por último, la capacidad estructural de los diversos elementos de plancha de acero debe ser indagada.

Autor: Hojjat Adeli Edición: Taylor and Francis. K. V. Balasubramanyam Año: 1988 Editorial: Prentice Hall ISBN: 0132956438, 9780132956437 Páginas: 299 Contenido: los primeros intentos de aplicación de inteligencia artificial y tecnología de sistemas a problemas de ingeniería civil se han dado mayormente en las áreas de la construcción y la ingeniería estructural, a las que este libro está dedicado, con contribuciones de algunos de los investigadores pioneros en el campo.

Autor: Robert Englekirk Año: 1994 Editorial: John Wiley & Sons, Incorporated ISBN: ISBN 13: 9780471584582 Páginas: 832 Contenido: en 1988 el AISC cambió el método de diseño por esfuerzos admisibles ASD para adoptar el de Factores de Carga y Resistencia LRFD, sobre el cual se basan los códigos recientes. Este texto desarrolla un tratamiento del acero enfocado al desempeño y explica la motivación del enfoque LRFD. Se orienta hacia la creación mediante el diseño de soluciones efectivas, en términos de costo, y discute problemas comunes en ingeniería ofreciendo reflexiones sobre áreas de alta preocupación.

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Autores: J.N. Reddy, A. Miravete Fecha: 1995 Editorial: CRC Press Inc ISBN: 0-8493-9401-5 Páginas: 317 Contenido: introducción, revisión de ecuaciones que gobiernan estos sistemas, comportamiento mecánico de materiales compuestos, teorías de placas laminadas, análisis de placas rectangulares, fallas en laminados compuestos, estructuras de espesor variable, análisis de choque, análisis de grandes estructuras, análisis práctico con software DAC.

Edición: G. Oliveto, C.A. Brebbia Año: 1999 Editorial: WIT Press ISBN: ISBN 10: 1853126896, ISBN 13: 9781853126895 Páginas: 823 Contenido: estructuras en concreto reforzado, puentes, estructuras de edificios, movimiento del suelo y efectos laterales, criterios para diseño sísmico, diseño sismorresistente, edificios y monumentos históricos, interacción suelo-estructura, aislamiento y control sísmico, dinámica de suelos, estudios de casos, rehabilitación.

Autores: Edwin H, Gaylord, Jr. Charles N. Gaylord Edición: Internationalk Student Edition Año: 1957 Editorial: McGraw-Hill ISBN: ISBN 13: 9780070231108 Páginas: 540 Contenido: este texto está dirigido a cursos sobre estructuras metálicas y su diseño, enseñando sus conexiones, principalmente en puentes y edificios. Se incluyen 32 problemas sobre miembros estructurales como componentes de estructuras reales, y se presenta la preparación de diagramas de flujo y programas de computador.

Edición: Wai-Fah Chen Año: 1985 Editorial: American Society of Civil Engineers ISBN: 9,78088E+13 Páginas: 128 Contenido: introduce y presenta metodologías para análisis y diseño de marcos, que toman en cuenta el efecto de la flexibilidad en las uniones de los entramados. Se discute el comportamiento de pórticos bajo cargas monotónicas y cíclicas. Se cubren cinco temas: consideraciones de diseño, comportamiento de las conexiones, comportamiento elástico de pórticos conectados flexiblemente, resistencia y flexibilidad de marcos con uniones flexibles, comportamiento de uniones bajo cargas cíclicas.


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N ormativa

Novedades de la NSR-09

La actualización de la NSR-98 está en proceso. Varios comités de trabajo han adelantado propuestas y documentos que se verán plasmados conforme a los avances en técnicas de diseño, las experiencias en sismos recientes y las condiciones contemporáneas para el medio.

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N ormativa

D

espués de la primera serie de disposiciones resumidas en el Código Colombiano de Construcciones Sismorresistentes, la construcción metálica en el país ha tenido dos estatutos sucesivos para su normalización, la ley 400 de 1997 y el decreto 33 de 1998. El siguiente es el texto del Nuevo Título F, en elaboración, para la NSR-09, el cual presenta las principales modificaciones que la reglamentación aportará a partir de su próxima expedición:

Título F Los cambios y actualizaciones que se han hecho a nivel mundial en las normativas de estructuras de acero han obligado, en algunos casos, a hacer cambios radicales. Se debe tener en cuenta que las normas base del AISC 360-05 (American Institute of Steel Construction) de 2005, correspondientes a la edición de NSR-98, databan de 1992 y de 1994, sobre provisiones sísmicas y la especificación básica, respectivamente. El capítulo F.1, Requisitos generales, tuvo mínimas correcciones, sólo de forma, pues no contiene información relevante desde el punto de vista técnico. El capítulo F.2, Estructura de acero con perfiles laminados, tubulares y armados, ha tenido cambios importantes. En esta nueva versión, el AISC fusionó las anteriores Normas de esfuerzos admisibles de 1989 (ASD) con las correspondientes al Método de los estados límite (LRFD), realizando una calibración sobre la base de una relación carga viva a carga muerta de 3 (L/D = 3). Con esto se estableció un factor de seguridad Ω = 1.5/ϕ equivalente, que se emplea en las mismas ecuaciones que se aplicaban en versiones anteriores de LRFD. Con lo anterior, se incorporaron los resultados de las investigaciones de los últimos 20 años para uso de los ingenieros que aún diseñaban con el método de esfuerzos admisibles, ya que el formato es más homogéneo. Los miembros que forman parte del Subcomité de Estructuras Metálicas de la AIS para este Título, la mayoría ingenieros que practican el diseño y son profesores de estructuras de acero en pregrado y posgrado en Colombia, ya han adoptado el criterio de estados límite en sus diseños y cursos. Si a lo anterior se añade que los profesionales que diseñan concreto reforzado están más familiarizados con este formato, y que ACI (Base del Título C de este reglamento) ya adoptó las combinaciones de carga propuestas en ASCE-05 (base del Título B de este reglamento), que son iguales a las que se venían utilizando para el acero, los miembros de este subcomité han considerado

Esta actualización ha precisado los requisitos de rigidez y resistencia de los arriostramientos, que antes eran un asunto empírico

innecesario incluir el método de esfuerzos de trabajo en esta actualización y, por consiguiente, se eliminaron los capítulos F.3 y F.4 del reglamento NSR-98, lo cual reduce considerablemente el abultado volumen de este título. Existen algunos aspectos en los que la práctica constructiva o la disposición de los elementos ensamblados en nuestro país conducen a diferencias en el comportamiento y modelos matemáticos con respecto a la referencia original AISC, como es el caso de ángulos dobles enfrentados, ensamblados a compresión para cerchas, tan difundido en Colombia y prácticamente desconocido en otros países, donde se utilizan principalmente con la disposición espalda con espalda. Los resultados de las investigaciones realizadas para este caso en particular se incorporaron en la sección F.2.5.6 de la actualización, como un ejemplo típico de adaptación de tecnologías. Esta actualización también ha tenido en cuenta otros cambios relacionados con la precisión de requisitos para definir la rigidez y resistencia de los arriostramientos, cuyo diseño era un asunto relativamente empírico en la sección F.2.19. Así mismo, se ha mejorado la definición y presentación de temas tan delicados como la selección de los estados límite de flexión que pueden regir para cada disposición de perfiles, o los límites de la relación ancho-espesor, o los factores de retraso de cortante para uniones incompletas a tensión, por medio de tablas con dibujos aclaratorios. Algunos factores de resistencia también han variado, como el de compresión, que pasó de 0.85 a 0.9.

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N ormativa

De este Título, algunas secciones que no eran tan consultadas, como la de empozamiento (F.2.15), fueron simplificadas para requerirse sólo en el caso de pendientes menores que el 2%. La sección de fatiga (F.2.16), aunque permanece igual, sí ha mejorado mucho en claridad de dibujos de selección de casos. Han aparecido también secciones totalmente nuevas como la de evaluación de estructuras existentes (F.2.18), que incluyen la posibilidad de hacerlo mediante pruebas de carga, o la de criterios de evaluación analíticos para estructuras sometidas a incendios (F.2.17) y de evaluación por métodos inelásticos (F.2.14). Quizás uno de los cambios más importantes es el tema de Evaluación de estabilidad (F.2.3), que no solo mereció un capítulo aparte en comparación con los pocos párrafos anteriores, sino que se ha hecho énfasis en el Método de análisis directo, el cual también mereció un apartado independiente (F.2.20). En cuanto a novedades, las más importantes son quizá la inclusión de Perfiles tubulares estructurales y sus conexiones (F.2.11), y el Diseño de ángulos simples, casos a los que no se hacía referencia en las versiones anteriores. Referente a la incorporación de nuevos avances en investigación y tecnología de diseño, los mayores cambios los representa el Diseño de columnas compuestas (F.2.9.2), cuyo formato se asemeja al del ACI, pues no tenía sentido que profesionales formados con los dos materiales básicos, acero y concreto, tuvieran criterios tan disímiles de diseño. Para el capítulo F.3, Requisitos sísmicos para las estructuras de acero, de manera similar al anterior, las referencias base fueron las

Seismic Provisions for Structural Steel Buildings AISC-358-05, que contienen cambios importantes en los sistemas de conexiones, a raíz de los daños que se demostraron en las estructuras de acero por los recientes terremotos y las consiguientes investigaciones de las causas y soluciones, por lo que no debe sorprender que este capítulo sea en la práctica completamente distinto de su antecesor. Lo anterior no podía ser de otra manera, si se tiene en cuenta que desde la versión de 1992, base de la norma anterior, hasta ahora, ha habido actualizaciones en 1997, 1998, 2002 y 2005. En este sentido será importante, en el corto plazo, incorporar a la práctica de diseño las investigaciones que conciernen al uso de las conexiones en Colombia, ya que los sistemas locales difieren en varios aspectos de los correspondientes al AISC, no sólo en la tecnología, sino hasta en la disponibilidad de materiales. En los 17 años que han pasado desde la última actualización de las provisiones sísmicas base para nuestra norma, ha habido importantes desarrollos de sistemas nuevos que se han incluido en esta actualización, como son los pórticos de cercha dúctil con disipación de energía especial, pórticos arriostrados concéntricamente con disipación de energía especial, pórticos resistentes a momentos con disipación de energía moderada, arriostramientos concéntricos con pandeo restringido y muros de cortante con placas de acero. Además, se incluyen las especificaciones de diseño para las estructuras mixtas (elementos de concreto reforzado y perfiles de acero estructural), cuando se implementen como sistemas de resistencia sísmica, debido a su uso cada vez más común en la construcción nacional. El capítulo F.4, Perfiles de lámina doblada en frío, reemplaza al antiguo F.6. En la versión anterior de NSR-98 se tomaron como referencia las Specifications for the Design of Cold Formed Steel Structural Members AISI de 1992. En esta actualización se tuvo en cuenta la última versión de 2007, la cual contiene cambios importantes que debieron ser incluidos por el uso cada vez más extendido de estos materiales en nuestro país. Así mismo, se incluyeron especificaciones sobre lámina colaborante. Para el capítulo F.5, Estructuras de aluminio, se tuvieron en cuenta la novena y última versión de los Eurocódigos estructurales y las normas americanas más recientes de la Aluminum Asociation, debido a que la versión F.7 de la NSR-98 estaba basada en las normas británicas.

Las novedades más importantes son la inclusión de perfiles tubulares estructurales y sus conexiones y el diseño de ángulos simples

82

Construcción Metálica 8

Fuente Luis Garza Vásquez. Ingeniero civil y maestro en ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México. Profesor de posgrado de estructuras de la Universidad Nacional, sede Medellín. Director del subcomité de estructuras metálicas para la actualización de las NSR-98.


Análisis

Estudios de respuesta sísmica y diseño estructural

Se hacen como medio para precisar los espectros de diseño definidos en la microzonificación sísmica, la cual los permite y reglamenta, y se han convertido en un elemento importante para la definición de criterios de diseño estructural. A continuación se presentan la justificación, los alcances, los métodos de elaboración y los resultados de los estudios adelantados para Bogotá. Jorge A. Rodríguez

A1 ZON

A3

ZON

ZON

A1

L ZO

NA

2

ZONA 4

H

ZON

A1

ZONA 5

Fig. 1. Zonas de la microzonificación sísmica de Bogotá, espectros de diseño y sección de análisis de respuesta dinámica H-E.

E

a sabana de Bogotá corresponde con una gran cuenca sedimentaria de origen fluvial y lacustre, que fue rellenada por depósitos de suelos a lo largo del último millón de años1. Estos depósitos presentan una transición desde los bordes donde se encuentran suelos aluviales y coluviales, en su mayoría granulares, que forman abanicos y conos hacia la parte central del antiguo lago donde predominan arcillas y limos arcillosos muy blandos de origen lacustre. El espesor máximo de los depósitos alcanza los 500 m. La amenaza sísmica en la ciudad, calculada por métodos probabilísticos en términos de aceleración máxima del terreno en roca, de acuerdo con el Estudio Nacional de Amenaza Sísmica2, es de 0,2 g para un periodo de diseño de 50 años y probabilidad de excedencia del 10% (periodo de retorno de 475 años). Los sismos de diseño incluyen sismos cercanos de relativa baja magnitud (5 a 6), sismos regionales (de 7) y sismos lejanos, originados en la zona de subducción del Pacífico, de alta magnitud (hasta 8). La respuesta dinámica de estos suelos es de gran importancia para el diseño sísmico de las estructuras. 1. Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 1995. 2. Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 1997.

Construcción Metálica 8

83


Análisis

sismos y en los parámetros utilizados para los análisis realizados en el estudio de microzonificación. La reglamentación vigente contempla actualizaciones de los parámetros de diseño con base en resultados de instrumentación y otros estudios. Bogotá cuenta actualmente con una red de más de 30 acelerógrafos operados por la DPAE, entidad que ha hecho un importante trabajo para recopilar información de caracterización geotécnica, propiedades dinámicas de comportamiento de los suelos y revisión de los sismos para análisis; así mismo, se han hecho nuevos cálculos unidimensionales y bidimensionales para la revisión de la respuesta dinámica en la ciudad6. Debido a las condiciones particulares de los suelos en la ciudad, se realizó el Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá3. Este estudio incluyó una revisión de la amenaza sísmica de la ciudad, la geología y zonificación geotécnica, la caracterización de suelos mediante perforaciones profundas y ensayos dinámicos de laboratorio, así como los análisis de respuesta dinámica, a partir de lo cual se definieron las siguientes 5 zonas con espectros de amenaza sísmica: • Zona 1 de cerros. • Zona 2 de piedemonte. • Zonas 3 y 4 de depósitos lacustres, diferenciadas por la profundidad del depósito. • Zona 5 de abanicos aluviales. Para los análisis de respuesta se utilizaron modelos unidimensionales de propagación de ondas en las zonas planas, utilizando el programa Shake4, y modelos bidimensionales para las zonas de piedemonte, mediante el programa Quad4M5.

3. 4. 5. 6.

84

Ingeominas y Universidad de los Andes, 1997. Idriss I. y Sun J., 1991 Hudson et al 1994 SCG, 2007.

Construcción Metálica 8

La reglamentación vigente permite realizar estudios particulares de respuesta dinámica con el fin de ajustar mejor los espectros de diseño para un sitio en particular, dentro de unos límites (máximo y mínimo) para cada zona. Estos análisis requieren: la realización de sondeos hasta la roca o hasta 50 m de profundidad; ensayos geofísicos a bajas deformaciones en el terreno (de Down Hole y mediciones de dispersión de ondas superficiales); ensayos dinámicos en el laboratorio (triaxial cíclico, columna resonante y bender elements), y cálculos de respuesta dinámica, unidimensional para la zona plana, y bidimensional para las zonas con pendientes mayores a 10°, utilizando como mínimo grupos de señales de las tres fuentes sísmicas principales que definen la amenaza sísmica en la ciudad. Estos sismos fueron seleccionados por el Ingeominas y normalizados por la Dirección de Prevención y Atención de Emergencias del Distrito (DPAE) para su uso en este tipo de estudios. Desde la realización del estudio de microzonificación en 1997 se ha progresado en el análisis sismológico de la amenaza sísmica de la ciudad, así como en el conocimiento de los perfiles y las propiedades dinámicas de los suelos. Estos avances han permitido identificar limitaciones en la selección de los

Este estudio deberá ser consecuente con las normas que se establezcan con la revisión de las Normas de Diseño Sismo Resistente NSR-98, actualmente en actualización. Una vez éstas sean aprobadas, se renovará la microzonificación de la ciudad. Mientras tanto, la alternativa para diseñar con valores más actualizados y consecuentes con la realidad será la realización de estudios de respuesta sísmica local, de los cuales hasta la fecha se han realizado más de 300. La siguiente es la discusión de los análisis unidimensionales y bidimensionales para obtener los espectros de respuesta de dos casos típicos de la Sabana de Bogotá, ubicados en una zona donde la estratigrafía cambia considerablemente en una distancia corta. Se incluye el análisis bidimensional de una zona amplia que incluye los dos casos analizados, a fin de mostrar el mayor efecto de generación y propagación de ondas superficiales, en tanto que el modelo bidimensional incluye una zona más amplia. Se pretende mostrar las diferencias de los análisis, unidimensional y bidimensional, los casos en los que la aplicación del análisis unidimensional es suficiente para producir resultados confiables y los casos donde se debe hacer análisis bidimensional de propagación de ondas.


Análisis

Justificación La realización de los estudios de respuesta sísmica local se sustenta en el hecho de que un sismo se propaga al llegar a la base de un depósito de suelos, con lo que pueden cambiar sustancialmente las características de duración e intensidad del movimiento. Esto se debe a que el suelo actúa como un filtro debido a su respuesta propia ante el movimiento, de una forma similar a como el sistema de un grado de libertad responde y cambia la naturaleza del movimiento aplicado. El proceso, aunque similar en esencia, es más complejo en el caso del suelo, por cuanto éste no es un sistema discreto sino de infinito número de grados de libertad; además, existen efectos de interfase dentro del depósito por cambios de materiales que producen refracciones y difracciones de las ondas, así como efectos geométricos de contorno y superficie que producen otros tipos de ondas que no estaban presentes en el movimiento inicial. Para ilustrar estos efectos se presentan los registros del sismo de Quetame, del 24 de mayo de 2008 en la sede del Ingeominas en Bogotá (Fig. 2). En este sitio existe un acelerógrafo colocado en profundidad en el contacto entre la roca subyacente y el suelo, y otro localizado en la superficie del terreno, que en este sitio tiene unos 180 m de profundidad. En estos registros se aprecian los aspectos básicos que definen los efectos de respuesta sísmica local de un sitio, como se discute a continuación. En primer lugar, es muy importante el cambio en los valores máximos de aceleración registrados en superficie (0,034 g), comparados con el registrado en roca (0,0092 g); es decir, una amplificación de 3,7 veces. Por otra parte, se aprecia que la duración de la fase fuerte del movi-

Max= -9.0079cm/seg/seg

E-W

02

04

06

08

0

100

120

Max= 33.6984cm/seg/seg

5 E-W 0 -5 02

04

06

08

0

100

120

Fig. 2. Acelerogramas registrados a nivel de roca (superior) y en la superficie del suelo (inferior) en el Ingeominas, del sismo del 24 de mayo de 2008. Se muestra el registro en dirección este oeste.

miento en roca es del orden de 25 seg, mientras que en superficie es aproximadamente el doble de tiempo. Una observación cuidadosa de los registros permite apreciar que los primeros 25 seg de la respuesta en superficie corresponden al efecto de la vibración forzada impuesta por el sismo, la cual es seguida de la vibración natural del depósito que se va atenuando hasta detenerse después de casi 100 seg. Esta vibración natural, luego del impulso ocasionado por el sismo, incluye la ondas superficiales, que son modos naturales de vibración del depósito, en esencia similares a las ondas que se producen en el agua luego de un impacto, las cuales se propagan por el depósito y pueden incluso reflejarse en los bordes del mismo, donde el movimiento se ve acentuado en un efecto

similar al que producen los tsunamis cuando rompen contra las costas. La Figura 3 muestra los espectros de respuesta calculados para los tres componentes del movimiento, vertical, este-oeste y norte-sur, de los acelerogramas registrados tanto en la base del depósito como en superficie, los cuales corresponden a la forma como estructuras de un grado de libertad con una frecuencia natural dada responderían en términos de la aceleración máxima ante las historias de movimiento registradas. Los espectros de respuesta son el insumo básico para el diseño sísmico de estructuras y por esto son tan relevantes y dicientes del efecto que un sismo puede tener sobre una estructura. Los resultados de la Figura 3 permiten observar otros efectos muy importantes de

Construcción Metálica 8

85


Análisis

la respuesta de sitio. En primer lugar, es notable la diferencia de comportamiento entre los registros en dirección esteoeste, que corresponde aproximadamente con la dirección de donde provino el sismo, y norte-sur, tanto en el registro en roca como en superficie. En el sentido vertical, los espectros en roca y superficie presentan cierta similitud a periodos bajos (menos de 0,5 seg), pero grandes diferencias a periodos mayores y una importante amplificación entre 2 y 4 veces. Se aprecia cómo en el suelo aparecen picos de respuesta alta a periodos de 1,3 y 2,3 seg aproximadamente, los cuales corresponden a movimiento vertical, que por lo regular no se tienen en cuenta en los diseños estructurales y que corresponden a formas de vibración del terreno asociadas a ondas superficiales. Vale la pena mencionar que los análisis de respuesta de sitio normalmente se hacen considerando sólo la propagación

en dirección vertical de ondas de corte con movimiento horizontal, utilizando modelos unidimensionales y programas como el Shake, que no consideran en su formulación el efecto de estas ondas. Se ve claramente el efecto del suelo sobre la respuesta sísmica, en especial en los espectros de respuesta del componente norte-sur. En la respuesta del suelo se aprecian amplificaciones que, para el periodo de 2,5 seg aproximadamente, alcanzan valores del orden de 22, ya que para la señal en roca la respuesta es del orden de 0,08 g, mientras que a nivel del depósito es del orden de 0,18 g. Este efecto, y justamente en este mismo rango de periodos, fue lo que causó las principales fallas de edificios cuyo momento fundamental se encuentra cercano a estos valores durante el sismo de México de 1985, por efectos de resonancia entre el movimiento del terreno y las estructuras. En

E-W

Ver

N-S

E-W

Ver

N-S

Fig. 3. Espectros de respuesta de los acelerogramas registrados a nivel de roca (superior) y en la superficie del suelo (inferior) en Ingeominas, del sismo del 24 de mayo de 2008. Se muestran los resultados para las tres componentes espaciales del movimiento.

86

Construcción Metálica 8

el espectro se aprecia cómo el terreno muestra varios modos de vibración que producen amplificaciones muy fuertes a 2,5, 1,5 y 0,7 seg aproximadamente. En conclusión, el efecto de la vibración del terreno ante las vibraciones producidas por el sismo tiene un importante efecto de amplificación y de cambio de la duración y distribución de energía del sismo a diferentes rangos de frecuencia, lo cual depende básicamente del espesor y de la rigidez dinámica del suelo. Estos efectos son adicionales a las condiciones de amenaza sísmica regional a nivel de roca y se deben tener en cuenta para poder hacer un diseño sísmico adecuado de las estructuras.

Consideraciones de modelación El análisis de respuesta tiene como propósito resolver las ecuaciones de equilibrio y la relación esfuerzo-deformación del sólido que describe la propagación de ondas en medios sólidos, donde la deformación se considera lineal elástica. Para problemas no lineales, que corresponden en general al comportamiento del suelo, se hace una linealización incremental del problema, como en el caso de los modelos constitutivos elasto-plásticos en el programa Plaxis7. En el caso de la formulación del programa Shake, se utilizan propiedades lineales equivalentes obtenidas iterativamente con base en los niveles de deformación calculados. Modelos más complejos del comportamiento dinámico del suelo no se utilizan en la práctica, por cuanto son muy complejos en su formulación, parámetros e implementación numérica, por lo general sólo aplicables en casos particulares y están en proceso de desarrollo. Cuando ocurre un sismo, las ondas que viajan desde la fuente hasta la superficie en todas las direcciones son reflejadas y refractadas cuando inciden en interfases


Análisis

de capas constituidas por diferentes materiales geológicos, que hacen variar la velocidad de propagación de las ondas elásticas. Debido a que las velocidades de propagación de las capas más superficiales son menores a las de las capas más profundas, los rayos inclinados que inciden sobre interfases horizontales se refractan en una dirección más vertical. Para el tiempo de llegada de los rayos a la superficie de la tierra, éstos llegan en dirección aproximadamente vertical a la superficie debido a las múltiples refracciones ocurridas. Los análisis de respuesta unidimensional se basan en la suposición de que las interfases son horizontales y que la respuesta de un depósito de suelo es principalmente causada por la propagación de ondas SH que viajan verticalmente desde la roca. Los análisis de respuesta unidimensional, realizados con el programa EERA8, asumen también que tanto la superficie del suelo como de la roca se extienden infinitamente en dirección horizontal. Los análisis unidimensionales ignoran el efecto que pueden tener las ondas superficiales en un sismo, las cuales son de dos tipos: • Ondas Rayleigh: tienen un comportamiento dispersivo en materiales heterogéneos, es decir, que a distintas frecuencias la onda se propaga a diferentes velocidades. Para frecuencias bajas, estas ondas pueden movilizar una gruesa capa de suelo y, en el caso de frecuencias altas, movilizan capas delgadas y se desplazan con longitudes de onda que pueden afectar seriamente a diferentes estructuras de acuerdo con su tamaño y el tipo de vibración.

Pueden aparecer a decenas de kilómetros del epicentro de un sismo (las ondas superficiales a distancias mayores de aproximadamente dos veces el espesor de la corteza terrestre producen los movimientos pico del terreno en lugar de las ondas de cuerpo). También se producen como resultado de la propagación de ondas de la roca al depósito de suelo cuando se presentan interfases de materiales y por el efecto de la superficie libre del terreno. • Ondas de Love: para desarrollarse necesitan de una capa superficial de consistencia más blanda que la capa subyacente; también presentan comportamiento dispersivo aun en materiales homogéneos. Los análisis bidimensionales son recomendados en sitios con variación importante de la topografía por presencia de laderas o por variación de los espesores de suelos y el nivel de roca base.

génicas principales, responsables de la amenaza para Bogotá: zona de subducción, sistema de fallas frontal de la cordillera Oriental y fallas locales en el área cercana a la ciudad. En el Estudio de Microzonificación Sísmica se establecieron tres sismos para los análisis de respuesta, base de los resultados de la microzonificación (Loma Prieta-Corralitos, Tauramena y México). Cada uno se seleccionó buscando que fueran representativos de las tres fuentes sismogénicas establecidas y se deben utilizar en estudios particulares de amenaza y respuesta de sitio que se hagan en la ciudad10. Con el propósito de tener una mayor confiabilidad sobre el posible efecto de las tres fuentes consideradas se seleccionaron sismos reales adicionales, representativos de las condiciones esperadas, para de esta forma tener una amplia gama de los sismos que se pueden esperar para los análisis de respuesta del depósito.

Sismos de referencia

Modelos de análisis

La determinación del nivel de amenaza para el territorio colombiano según la norma vigente9 se basa en el Estudio General de Amenaza Sísmica de Colombia (Ingeominas, 1996). Para la determinación de la amenaza sísmica de Bogotá se cuenta, además, con los resultados del Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá (Ingeominas-Uniandes, 1997). Los resultados de estos estudios probabilísticos de amenaza muestran que el nivel de aceleración máximo en la ciudad, para un período de retorno de 475 años, es de 0,19 g, sin tener en cuenta la respuesta local.

Se consideró una sección característica de la cuenca de la sabana de Bogotá a lo largo de una vía importante en la que se tienen varios puentes (carrera 30, entre calles 1ª. y 45, aproximadamente). A pesar de que el sector en estudio presenta una topografía plana en superficie, en profundidad presenta una importante variación en el espesor de los suelos. La sección de análisis, que va desde un punto localizado en la zona 5 hasta otro localizado en la zona 2 de la microzonificación sísmica de Bogotá, limita con la zona 3 a todo lo largo de su extensión.

Los resultados de los estudios de amenaza han establecido tres fuentes sismo-

La información disponible de perforaciones indica que se da una transición en sentido noroccidente, en la que los suelos pasan de intercalaciones de arenas y arci-

7. 1998. 8. Equivalent-Linear Earthquake Site Response Analysis, Bardet, J. P., 2000, el cual es una implementación del programa Shake para Excel. 9. Ley 400 de 1997. 10. De acuerdo con el decreto 74 del 30 de enero de 2001, de la Alcaldía Mayor de Bogotá.

Construcción Metálica 8

87


Análisis

den aproximar las deformaciones unitarias con funciones de interpolación cúbicas y los desplazamientos con funciones polinómicas de grado 4, lo cual permite representar patrones complejos de deformación dentro de un mismo elemento.

Fig. 4. Modelo general con extensión de 4.500 m y ubicación de los puntos de análisis. El espesor del depósito varía de izquierda a derecha entre 0 y 200 m.

llas y algunos niveles de turba típicos de abanicos y deltas del borde del lago, hacia depósitos predominantemente arcillosos, lacustres y blandos. La variación de los espesores de sedimentos indica que hay un gradiente importante de profundización de la roca en sentido noroccidente. Por tanto, a pesar de que en el sitio la pendiente del terreno es muy baja, en profundidad la situación no es la misma (Fig. 4).

el análisis del comportamiento dinámico de los suelos de la sabana (Rodríguez, 2005 c), entre otros. Esta información sirvió para caracterizar varios perfiles en los que se hicieron análisis de respuesta unidimensional, de los que se obtuvieron las deformaciones de los suelos representativas para los sismos de diseño y las propiedades dinámicas correspondientes que se utilizaron para el modelo bidimensional.

Para la formulación del modelo geotécnico de análisis del área se contó con información de estudios locales de respuesta dinámica en dos puentes11, en un centro administrativo distrital (Consultoría Colombiana, 2000), en las instalaciones de una empresa de servicios públicos (Geoingeniería, 2001), en una de las perforaciones realizadas para el estudio de microzonificación sísmica de la ciudad en la sede del Ingeominas12 y en

En la Tabla 1 se indican las propiedades del suelo utilizadas para el análisis bidimensional en términos de Vs y Vp; los valores de Vp se calculan para una relación de Poisson de 0,3. Se consideraron dos modelos con diferente grado de refinación: uno grueso, con elementos triangulares de seis nodos, y otro fino, con elementos triangulares de 15 nodos. En este segundo caso, las funciones de interpolación pue-

MODELO FINO Tipo de material

y (KN/m3)

Vs

Vp

dx

dy

T max Sx

T max Sy

1

17

63,5

118

11

1,6

0,173

0,005

2

17

107

200

11

1,6

0,103

0,015

3

17

122

229

11

1,6

0,09

0,013

4

17

146

273

11

1,6

0,075

0,011

5

17

169.8

317

11

1,6

0,065

0,009

6

17

186

348

11

1,6

0,059

0,009

7

20

201

375

11

1,6

0,055

0,008

8

20

284

531

11

1,6

0,039

0,006

9

22

4315

8073

11

5

0,003

0,001

Tabla 1. Propiedades de los materiales en el modelo 11. Rodríguez, 2005 a,b. 12. Ingeominas y Universidad de los Andes, 1997.

88

Construcción Metálica 8

Para problemas dinámicos es importante el tamaño de los elementos y la forma de las funciones de interpolación, pues de esto depende la longitud de onda de los patrones de movimientos que puede representar el modelo. No es claro establecer cuál es esta relación para funciones de interpolación de alta continuidad. En la Tabla 1 se indican los tamaños máximos de separación entre nodos en dirección horizontal y vertical para los dos modelos utilizados, como el periodo correspondiente a las ondas (calculado con los valores de Vs) que tendrían esa longitud de onda. Es claro que los resultados del modelo no pueden representar componentes del movimiento con periodos por debajo de los indicados multiplicados por un factor del orden de 4 (correspondiente a las longitudes de onda que pueden estar presentes en la respuesta). Esto significa que para el modelo fino los resultados son confiables para periodos mayores de 0,05 seg y para el modelo grueso para valores del orden de 0,12 seg, aproximadamente. Se hizo un análisis de sensibilidad para uno de los sismos considerados, en el que se calcularon los espectros de respuesta para el punto en las coordenadas 0,0 del modelo para resultados obtenidos con la malla fina y la malla gruesa. Se encontró que los efectos son virtualmente idénticos, dado que la respuesta en este sitio está controlada por ondas con periodo predominante del orden de 0,75 seg, para el cual ambos modelos tienen buena resolución. Sólo se encontró una pequeña diferencia para el primer pico que se aprecia a periodos del orden de 0,25 seg.


Análisis

• La extensión del modelo tiene una importante influencia sobre los resultados de desplazamientos. En el caso extremo del análisis 1D, no se tiene en cuenta la generación de ondas superficiales, mientras que a medida que el modelo se extiende, este efecto se representa con mayor fidelidad. • Los desplazamientos están controlados por las ondas superficiales. • Las mayores deformaciones relativas ocurren para el sismo lejano de subducción, representado por el sismo de México, con desplazamientos de hasta 13 cm, debido justamente a que por su duración y contenido frecuencial puede producir amplificación por resonancia del espesor completo de los suelos del depósito.

Desplazamiento superficie-roca base (Coyote)

Relativo (cm)

2

10

1 0 -1

01

23

45

67

89

10

-1 -2

5

Desplazamiento

Desplazamiento

1

0 -5

45678

0

Tiempo (seg)

Relativo (cm)

Modelo más general

Desplazamiento superficie-roca base (Loma P)

9

0 02

46

81

01

21

41

61

82

0

Desplazamiento

6

2

3 0 -3

02

46

81

01

21

41

6

-6 -9

-4

Tiempo (seg)

Tiempo (seg) Modelo más general

Modelo local

Modelo local

Desplazamiento superficie-roca base (México)

Relativo (cm)

15

10

10

5 0 01

02

03

04

05

06

07

08

0

-10

5 0 -5

01

02

03

04

05

06

0

-10 -15

Tiempo (seg) Modelo local

Modelo más general

Desplazamiento superficie-roca base (Taura)

Relativo (cm)

15

-5

91

Modelo local

4

-2

23

Modelo más general

Desplazamiento superficie-roca base (Valparaíso)

Relativo (cm)

01

-10

Tiempo (seg) Modelo local

Desplazamiento

En la Fig. 5 se presentan los resultados de desplazamientos relativos de la superficie del terreno con respecto a la roca, en función del tiempo para los seis sismos considerados. Se aprecia el movimiento con un período predominante del orden de 2 seg, lo cual es consistente con los resultados del análisis unidimensional, que muestran que el período fundamental del depósito es de 1,6 a 2,3 seg. El análisis bidimensional muestra que este periodo fundamental controla la propagación de ondas superficiales, concluyendo:

Desplazamiento Superficie-roca base (Upland)

Relativo (cm)

Desplazamiento

Se consideran los desplazamientos relativos en el depósito de suelos, los patrones de desplazamiento y velocidad y los espectros de respuesta. Se presenta la variación de los espectros de respuesta a lo largo del modelo bidimensional, que va cambiando en profundidad con la distancia, y se comparan en dos sitios de interés los resultados del análisis unidimensional y bidimensional (aproximadamente a los tercios del modelo donde se evaluó en detalle la respuesta para dos puentes vehiculares).

Desplazamiento

Resultados

Tiempo (seg) Modelo más general

Modelo local

Modelo más general

Fig. 5. Desplazamientos relativos entre la superficie y la roca base evaluados en el punto de abscisa cero en el modelo. Se presentan los resultados del modelo local y del general.

Este efecto fue el causante de los daños durante el sismo de México de 1985, algo que no se manifiesta en los análisis unidimensionales. • Los sismos cercanos o regionales de corta a mediana duración, con predominancia de pulsos de alta frecuencia, producen desplazamientos mucho menores aunque con mayores fuerzas para periodos cortos. En la Fig. 6 se presentan los espectros en los puntos sobre la superficie mostrados en la Fig. 4 del modelo completo. Debido a las condiciones de frontera en el punto H y al alto gradiente de profundización de la roca, cerca de este punto se generan ondas superficiales. Se puede ver que los espectros de respuesta dinámica entre los puntos H y G presentan un pico definido en un periodo de aproximadamente 0,8 seg, mientras que entre los puntos F y E aparece otro pico en un periodo que varía entre 1,75 seg en el punto G y 3 seg en el punto E. Los resultados de la Fig. 6 muestran que la respuesta dinámica entre los puntos H y G

está controlada por la propagación unidimensional de ondas SH, debido a la presencia de un solo pico máximo claramente definido. De otro lado, la respuesta dinámica entre los puntos F y E presenta una combinación de los efectos de la propagación vertical de ondas SH y de los efectos de propagación de las ondas de Rayleigh. El segundo pico presentado en el espectro de respuesta dinámica del punto E, en el periodo de 3 seg, se debe a la propagación de ondas de Rayleigh que viajan en superficie a una velocidad aproximada de 200 m/s (en la Fig. 4 se puede ver que su longitud de onda es de 600 m aproximadamente, lo cual da como resultado un periodo de 3 seg). Estos resultados muestran que los efectos de las ondas superficiales son notorios a partir de 2 km aproximadamente del comienzo del depósito y que son más pronunciados a medida que el modelo es mas completo, hasta una extensión donde los efectos inerciales y de desplazamientos relativos tienden a valores máximos límite.

Construcción Metálica 8

89


Análisis

puesta símica local a partir del análisis de señales registradas durante el sismo del 24 de mayo de 2008 en el Ingeominas, así como una ilustración de las formas con las que se pueden realizar los análisis de respuesta de sitio, la influencia de los parámetros de modelación y los resultados obtenidos, así como la importancia de los diferentes componentes del movimiento sobre los parámetros de diseño.

Fig. 6. Variación de los espectros con la distancia a lo largo del modelo bidimensional completo.

En la Figura 7 se presentan los espectros obtenidos de los análisis unidimensionales y bidimensionales en los sitios de los puentes de las calles 13 y 26 con carrera 30. Se puede ver que el pico máximo que aparece en los espectros de los análisis bidimensionales en 0,8 seg, en los análisis unidimensionales aparece en 0,5 seg y con un incremento de amplitud del orden de 1,67, lo cual indica que la respuesta bidimensional filtra parte de la respuesta unidimensional a bajos periodos.

Igualmente, se observa que el pico en 2 seg del espectro de respuesta bidimensional en el sitio del puente de la calle 26, que se debe al efecto de las ondas superficiales, no aparece en el espectro de respuesta unidimensional, por lo que para grandes estructuras con periodos de vibración natural superiores a 1 seg es necesario tener en cuenta ambos efectos. De esta manera, se presentan los aspectos básicos relacionados con la res-

Fig. 7. Espectros de respuesta dinámica de los resultados unidimensionales y bidimensionales en los sitios de los puentes de las calles 13 y 26 con carrera 30.

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Referencias • Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS (1997). Estudio general de amenaza sísmica de Colombia. • Bardet, J. P. (2000). Programa EERA, Equivalent-Linear Earthquake Site Response Analysis. • Consultoría Colombiana (2000). Informe de geotecnia sísmica para la evaluación de la amenaza sísmica del Centro Administrativo Distrital, CAD. • Geoingeniería Ltda. (2001). Asesoría geotécnica y sismológica para la evaluación y reforzamiento sísmico del edificio sede de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogota, EAAB. • H-MV Ingenieros Ltda. (2003). Estudio de Actualización del Plan Maestro de Alcantarillado de la Cuenca del Salitre, Informe Técnico - Producto 6 - Tecn969001-Ar - Versión 01 - Análisis de Riesgo Sísmico Red Troncal de Alcantarillado de la Cuenca del Salitre. • Hudson, M., Idriss I.M., and Beikae, M. (1994). Users Manual for QUAD4M, Center for Geotechnical Modelling, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Davis, USA. • Idriss, I., y Sun, J. (1992). User’s manual for Shake 91, Center for Geotechnical Modelling, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Davis, USA. • Ingeominas y Uniandes (1997). Microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá. Publicaciones Ingeominas; Santa Fe de Bogota; Ministerio de Minas y Energía (MZSB, 1997). • Instituto Agustín Codazzi, subdirección de geografía. (1995). Análisis geográficos. Plioceno y Cuaternario del altiplano de Bogotá y alrededores, Bogotá. • PLAXIS (1998). Finite Element Code for Soil and Rock Analysis, A.A. Balkema, Rotterdam. • Rodríguez, J.A. (2005a). Asesoría geotécnica y sismológica para el estudio de respuesta de amplificación local puente de la calle 26 con carrera 30, Bogotá. • Rodríguez J.A. (2005b). Asesoría geotécnica y sismológica para el estudio de respuesta de amplificación local puente de la calle 13 con carrera 30, Bogotá. • Rodríguez J.A. (2005c). Comportamiento Dinámico de Suelos Blandos de Bogotá. Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica, IX Jornada. • Sociedad Colombiana de Geotecnia (2007). Modelo geotécnico y caracterización dinámica bidimensional de la Sabana de Bogotá. Convenio Interinstitucional DPAE-SCG. Bogotá. Autor Jorge A. Rodríguez. Profesor del Departamento de Ingeniería Civil en la Pontificia Universidad Javeriana. Director de Jeoprobe Ltda. rodriguezja@javeriana. edu.co


Herr amienta s

Más ganancia menos sufrimiento

El software Revit® Structure optimiza las formas de trabajo de ingenieros, dibujantes estructurales y arquitectos, minimizando las tareas repetitivas de modelado y dibujo.

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ste programa de computador, de Autodesk, ayuda a reducir el tiempo para la producción de planos finales de construcción y aumenta la precisión en la documentación, con lo que se mejora la calidad de la información que se entrega a los clientes. Además, reduce los errores que se presentan por la coordinación manual entre los profesionales que intervienen en el moldeado estructural de un proyecto. Las siguientes son sus funciones más importantes:

Eficiencia y precisión Tanto la eficiencia como la precisión se logran a partir de una modelación concurrente hacia el diseño y el análisis estructural, así como de una documentación totalmente coordinada de los proyectos. Coordinación sin traslapos Debido a que Revit® Structure usa el modelo BIM (Building Information Modeling), cada vista, dibujo y cuadro son una representación directa de la misma base de datos subyacente. A medida que los miembros del equipo de proyecto trabajan en él llevando a cabo modificaciones inevitables y necesarias en la estructura del edificio, la tecnología de cambios paramétricos las coordina automáticamente en las demás representaciones del proyecto, como son las vistas del modelo, las planchas de dibujo, los cuadros, cortes, plantas y demás detalles. En consecuencia, el diseño y la documentación permanecen coordinados, consistentes y completos.

Vista de una planta estructural

“El BIM mejora significativamente la calidad y precisión de la información que producimos. Nuestros documentos de construcción (planos, especificaciones, cantidades) se crean directamente a partir del modelo Revit Structure. Si el modelo es correcto, automáticamente también lo serán los planos. Como resultado es posible gastar mucho menos tiempo en la producción de documentaciones y tener más tiempo para la modelación estructural” (Jim Jacobi, socio principal de Walter P. Moore).

Asociatividad bidireccional El modelo del edificio y todas sus vistas son parte del mismo sistema de información. Esto significa que los cambios en cualquier parte de la estructura deben hacerse solo una vez y se mantendrán constantes en el conjunto documental. Por ejemplo, si se cambia la escala de la

plancha de dibujo, el software automáticamente redimensiona las notas y las gráficas. Si lo que se cambia es un miembro estructural, entonces todas las vistas que incluyen este elemento son coordinadas y actualizadas automáticamente, incluidos los rótulos de nombres y otras referencias de las propiedades del elemento.

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Capacidades de modelación estructural El enfoque se da en la modelación de las estructuras de edificios con múltiples materiales y formas, como cubiertas y plantas curvas o con pendiente. Los objetos de modelado estándar incluyen muros, sistemas de vigas, columnas, losas y cimientos. Además, es posible crear objetos estructurales adicionales como componentes paramétricos. Organización de proyectos Gracias a que toda la información está almacenada en un solo archivo, los equipos de diseño gastan menos tiempo administrando el contenido del proyecto. Con esto es posible viajar a través de varias vistas, cortes, alzados, detalles, cuadros y planchas de dibujo de un proyecto estructural, permitiendo ajustar la organización del contenido del proyecto según lo requerido. Componentes paramétricos Los ingenieros pueden crear elementos estructurales como cerchas, vigas, entramados y familias inteligentes de muros. No se requiere un lenguaje especializado para usar los componentes paramétricos,

Vista arquitectónica general en 3D

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también llamados familias. Este término se refiere a la habilidad de un elemento para definir múltiples tipos dentro del mismo, cada uno de diferente tamaño y forma. El editor de familias contiene todos los datos para representar gráficamente un elemento en 2D y 3D, en varios niveles de detalle. Los cambios que se le hagan a alguna de éstas o a una definición de tipo se presentan durante el proyecto y también automáticamente en cada uno. Esta capacidad mantiene todo coordinado y contribuye a ahorrar tiempo y esfuerzo en el trabajo manual y en la actualización de los componentes. Las familias se almacenan en una base de datos maestra y pueden descargarse para nuevos proyectos. Opciones de diseño Con ellas los ingenieros permanecen enfocados en la ingeniería estructural, exploran cambios de diseño y desarrollan y estudian alternativas para tomar las mejores decisiones. Las opciones presentan,

de un modo sencillo, múltiples diseños esquemáticos a sus clientes, y cada una puede sustituirse en el modelo para visualizarla y evaluar cantidades, que ayudan a enfocarse hacia las informaciones más documentadas. Colaboración multiusuario Permite a los miembros de múltiples equipos trabajar en un modelo a través de la misma red, manteniendo el trabajo coordinado. Un rango completo de modos de colaboración ofrece la flexibilidad para alcanzar el flujo de trabajo deseado, desde el acceso simultáneo del modelo compartido hasta la división formal del proyecto, en unidades separadas comunicadas, al igual que en modelos interconectados dirigidos individualmente. Revisión y anotaciones digitales Las revisiones con Autodesk Design Review permiten examinar, dimensionar y hacer seguimientos de cambios en diseños en 2D y 3D, sin el software de creación original de diseño. Debido a que las capacidades de revisión y anotaciones de Design Review se combinan con las de navegación y gestión de revisiones de Revit® Structure, el seguimiento de cambios se hace más fácil. Gestión y revisión de proyecto Las herramientas NavisWorks® ayudan al equipo del proyecto a coordinar, colaborar y revisar información crucial para el diseño y la construcción, pues sirven para enrutar y centralizar procesos de flujo de trabajo mediante la organización, con lo que se reducen los gastos, se aumenta la eficiencia y se eliminan órdenes de cambios. Además, apoyan a los equipos de diseño y construcción en su eficiencia para optimizar la calidad, visualizando todos los tipos de modelos independientemente del formato o tamaño de archivo.


Herr amienta s

Documentos claros Herramientas específicas para materiales particulares que ayudan a asegurar que los documentos de construcción cumplan los estándares establecidos. Para el caso del acero, están disponibles elementos como referenciación de vigas y símbolos automáticos sobre cortes, así como una extensa biblioteca de componentes de detalles. Para estructuras de concreto se ofrecen opciones que permiten controlar la visibilidad de los elementos hechos con este material. Se dispone de visualización sobre el refuerzo en vigas, columnas y cimientos. Cortes y elevaciones automáticos La creación de cortes y alzados que funcionan por sí solos se realiza de manera automática, pues los primeros son solo una representación distinta del modelo total del edificio, mientras que los segundos se obtienen a partir de la estructura. No obstante, pueden usarse en cualquier momento para trabajar sobre la más apropiada. Cuando los documentos de construcción están listos para impresión, los rótulos en cortes y símbolos de alzados en las vistas que no han sido situados en planchas de dibujo se ocultan. Referencias automáticas en planchas de dibujo Esta funcionalidad permite asegurar que cortes, alzados y referencias no se vinculen por error a otras planchas o dibujos, y que todos los datos, gráficos, detalles, cuadros, dibujos y planchas del conjunto de planos estén actualizados y coordinados. Detalles Se pueden consultar generales y específicos. Es posible crear planchas completas de detalles tipo utilizando herramientas de dibujo tradicionales en 2D. Los diseñadores también pueden importar detalles en formato .dwg y vincularlos para dirigirlos. Los detalles específicos vienen directamente de vistas del modelo y se completan con componen-

Vista arquitectónica parcial en 3D

tes paramétricos en 2D (lámina colaborante, unidades de mampostería de concreto, pernos de anclaje en cimentaciones, tornillos, símbolos de soldadura, placas de conexión de acero, refuerzo de concreto, entre otros) y anotaciones (textos y dimensiones). Cuando la geometría se hace complicada, se ofrecen detalles basados en modelos en 3D, como representaciones de juntas de expansión en edificios, conexiones de acero, barras de refuerzo en elementos de concreto y otros. Símbolos Esta librería incluye conexiones de pórticos resistentes a momento, sistemas de empalme en columnas, representaciones en planta de arriostramientos, símbolos de soldadura y otros. Herramientas de revisión Mediante las nubes de revisión se insertan cambios sobre los documentos de construcción y se asocian con un número para mejorar la eficiencia en el rotulado. La numeración de las revisiones puede ser genérica del proyecto o específica para el caso de las planchas particulares. Las revisiones usadas en una plancha se muestran en un cuadro dentro del bloque

de títulos. Un cuadro de revisión total enumera todos los cambios efectuados (por nombre del miembro del equipo que la incluyó y la fecha), de modo que los usuarios pueden manejar mejor los cambios y hacer seguimiento de los documentos. Filtros Permite que los usuarios destaquen objetos específicos para una mejor visibilidad dentro del modelo estructural. Los filtros de selección, definidos por el usuario, reconocen objetos que comparten propiedades comunes. También se usan para crear conjuntos seleccionados de elementos estructurales que envían partes específicas del modelo para el análisis y el diseño. Cuadros Son otra representación del modelo de la edificación. Cuando se cambian en un cuadro todas las vistas del modelo, éstas se actualizan automáticamente. Incluyen las características de ordenamiento, filtraje, agrupación y conteo, así como fórmulas definidas por el usuario. Los ingenieros y gerentes de proyectos pueden usarlos a su medida para verificar el diseño estructural general, como revisar las cargas estructurales antes de integrar el modelo con el software de análisis.

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líneas del dibujo sin necesidad de calcarlas. Los ingenieros estructurales importan y exportan sus modelos en formato CIS/2 para coordinación con los fabricantes de estructuras de acero.

Cuadros con las características de ordenamiento, agrupación y las fórmulas definidas para verificar el diseño estructural general

Si lo que se requiere es cambiar el valor de las cargas, éstas pueden modificarse en el cuadro de cargas y coordinarse automáticamente a través del modelo. Para ello se usan herramientas gráficas para dividir los cuadros y ubicarlos en las planchas de dibujo. Adicionalmente, disponen de columnas para cuadros gráficos automáticos que pueden ajustarse según los requisitos de los proyectos.

Integración Este software entrega un modelo físico y uno analítico del edificio. Los modelos físicos orientan la documentación de la construcción y son utilizados por los diseñadores para producir las planchas de dibujo y los detalles, y por los ingenieros y arquitectos para propósitos de coordinación, como la verificación de interferencias. El modelo analítico contiene información como cargas, combinaciones de carga y condiciones de uso para aplicaciones de análisis por terceros. El modelo puede ser tanto de la totalidad de la edificación, como de un ala del mismo edificio o de un entramado estructural en particular. Los ingenieros usan filtros de selección para enviar subestructuras (marcos, entrepisos

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o alas del edificio) a su software de análisis, sin tener que enviar todo el modelo. Las reglas definidas por los usuarios apoyan los modelos analíticos para ajustar su localización en los planos de proyección de elementos estructurales vinculados o adyacentes. Los ingenieros pueden verificar automáticamente inconsistencias como apoyos faltantes, inestabilidad general o anomalías en entramados, antes de enviar el modelo para análisis estructural.

Coordinación entre disciplinas Revit® Structure apoya formas comunes de flujo de trabajo entre arquitectos, ingenieros, mecánicos, eléctricos, hidrosanitarios y contratistas de la construcción. Flujo de trabajo con formatos estándar La capacidad de importar, exportar y vincular a formatos .dwg, .dxf, .dgn y .ifc ayuda a un intercambio compatible de datos entre ingenieros y arquitectos. Además, valida el tradicional trabajo del modelado estructural hecho en archivos .dwg de 2D, creados por los arquitectos en AutoCAD®, con lo que se presenta un ahorro en tiempo, pues selecciona directamente las

Colaboración con arquitectos Al trabajar ingenieros y arquitectos con este software pueden encontrar las ventajas del modelo BIM y compartir la misma base de datos incluida, además de que la creación del modelo estructural es más rápida con las herramientas de esta plataforma integrada. Con la verificación de interferencias entre objetos estructurales y arquitectónicos los ingenieros pueden detectar rápidamente problemas de coordinación antes de enviar los planos a la obra. Con la herramienta de monitor de coordinación los ingenieros y arquitectos obtienen notificación electrónica de todos los cambios ocurridos en el proceso de diseño (niveles, cuadrículas, columnas, muros, losas y aperturas). Los resultados son un flujo de trabajo sincronizado y una mejor coordinación de los documentos de construcción. Finalmente, todos los planos, detalles y cuadros estructurales están disponibles en la plataforma para revisión arquitectónica a través de Revit® Architecture. Colaboración con ingenieros y diseñadores Los ingenieros estructurales que trabajan con ingenieros mecánicos, eléctricos e hidrosanitarios, y que usan el software AutoCAD Mep®, pueden mejorar su coordinación de diseño, ya que permite exportar a esa plataforma el modelo estructural, con la que el ingeniero podrá detectar las posibles interferencias entre ductos, tubos y elementos estructurales. Además, los usuarios también podrán importar objetos y ductos en 3D al modelo estructural a través de sólidos tipo ACIS® para descubrir inconsistencias.


E s p ec i a l

Centro Comercial

Avenida Chile Una renovación que aprovechó la privilegiada localización y jerarquizó la relación del interior con el exterior, logró darle una imagen ligera y abierta a este reconocido espacio.


ŠAENA - Manuel Renau

e s p ec i a l


E s p ec i a l

U

Plazoleta de La Porciúncula Con la idea de realzar la presencia de la iglesia del mismo nombre, se decidió eliminar las barreras limitantes entre ésta y el espacio público, para lograr con ello su lectura como una extensión planeada del mismo. Un espejo de agua con jardín perimetral aporta el elemento natural del espacio y enfatiza, a través de puentes, la importancia de los accesos laterales de la iglesia. La pintura de la fachada del templo también fue renovada.

• Renovación y actualización del centro comercial, las oficinas y el espacio público circundante. • Relación estrecha entre el exterior y el interior. • Implementación de servicios necesarios en la zona, complementarios con la actividad comercial. • Producción de un impacto que beneficie el entorno urbano inmediato.

Los materiales del nuevo piso, piedra Royal Beta y mármol Villa de Leyva, puestos en forma de deck, y el trabajo de iluminación, hicieron que esta plazoleta se convirtiera en un interesante espacio urbano que se complementa con la apertura de las vitrinas del local ancla del centro comercial, con lo que se busca una permanente actividad que beneficia notablemente al sector. Se incluyeron nuevos locales de comidas con terraza, que incrementan la dinámica del espacio y refuerzan el concepto de nuevo lugar de permanencia y convivencia urbana.

Proyecto Según el planteamiento general, la obra tuvo diversos frentes y niveles de intervención, de los cuales los siguientes son los más importantes por su aporte a la novedad del centro comercial:

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©Rogers Stirk Harbour + Partners

bicado en el polo financiero y comercial de la calle 72, en Bogotá, este centro comercial comenzó a desarrollar desde 2006 el proyecto de remodelación de sus instalaciones, debido al considerable deterioro que éstas sufrieron durante la última década. Para lograr su actualización, dentro de los conceptos comerciales del siglo XXI, y aprovechar el gran potencial de la construcción, el diseño se planteó según los siguientes objetivos:

Fachadas La idea principal para su renovación fue lograr que los peatones sean partícipes

de lo que ocurre dentro del centro comercial, mediante una imagen amable, ligera y abierta, en lugar de los cerrados muros que no permitían la relación del exterior con el interior. Aprovechando la doble altura del primer piso, se lograron unas generosas vitrinas transparentes, desarrolladas con amplios planos de vidrio. Para el enchape se utilizó granito de tono cálido, que reemplazó el anterior mármol, el cual se conjuga con grandes planos de aluminio (Softwave) en las esquinas para enfatizar la volumetría general. La decisión de trabajar el zócalo en un material porcelánico, que evoca la madera, contribuyó a lograr la calidez que acerca más al transeúnte con el centro. El aspecto bioclimático también fue decisivo en el diseño propuesto para la renovación de las fachadas. Las curvas en los accesos contribuyen a la correcta circulación del aire hacia el interior, al igual que las rejillas de aluminio que las rematan tanto en la parte alta como en la baja, que llevan aire fresco a todos los pisos de la edificación.


©Richard Bryant - Arcaid.co.uk

EspECiAl

Armadura de cierre entre arco y cubierta baja

Parroquia de Nuestra Señora de La Porciúncula

Remodelación pisos 1, 2 y 3: demolición de barreras arquitectónicas, intervención con nuevos puntos fijos (ascensores panorámicos). Renovación de zonas comunes en torres de oficinas y nuevos sistemas de seguridad y control.

Renovación de fachadas: cambio de materiales y volumetría, apertura de vitrinas. Remodelación Plazoleta la Porciúncula: demolición de barreras arquitectónicas, ampliación de espacio comercial. Ampliación piso 4: nueva plazoleta de comidas.

Ampliación locales comerciales sobre Plazoleta de la Porciúncula.

Niveles de intervención

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E s p ec i a l

El ventanal de la fachada sur, sobre la calle 72, que pertenece al volumen de la cubierta de la nueva plaza de comidas, evidencia la presencia de este nuevo espacio que proporciona aire y dinamismo al lugar. Interior Los antepechos y las jardineras construidos en mampostería, ubicados sobre los vacíos, se demolieron y se reemplazaron por barandas de acero y vidrio templado para mejorar las visuales entre los tres pisos originales y evidenciar la presencia del nuevo cuarto piso. Dos nuevos ascensores panorámicos, construidos como refuerzo a la circulación vertical, requirieron la instalación de estructuras aporticadas y plataformas de acero para la llegada a cada piso. La insuficiente iluminación existente fue reemplazada por una contemporánea empotrada en un luminoso cielorraso blanco, cuyo diseño tiene en cuenta los requerimientos acústicos y técnicos actuales. Para aprovechar este recurso se realzaron espacios importantes como el vacío central, los puntos fijos y las intersecciones de circulaciones que requerían un tratamiento especial. Plazoleta de comidas La necesidad de este espacio como complemento a los servicios existentes hizo

necesario adquirir el área adyacente a la cubierta del centro comercial, correspondiente al cuarto piso de las torres A y B, para permitir que las antiguas oficinas dieran espacio a los nuevos locales. La nueva capacidad da albergue a más de 800 personas. En las esquinas suroriental y suroccidental aparecen dos terrazas que aprovechan la panorámica que brinda la calle 72, creando un ambiente especial que permite la interacción con el exterior. La cubierta se resolvió con una estructura de metal ubicada a 8 m del nivel del cuarto piso, distancia muy superior a la del antiguo domo de 28 m de diámetro que cubría el vacío, el cual fue eliminado. Este procedimiento garantiza la seguridad en la disposición del sistema, con luces de 9 m aproximadamente, soportado por columnas en sección V, cerchas y correas convencionales. Cuenta con lucarnas estructurales que permiten la ventilación natural. El recubrimiento es de policarbonato alveolar, que garantiza el confort de un clima agradable. La estructura alta está rodeada por una armadura baja, también de metal, cubierta con teja tipo sándwich, para un mejor control de la temperatura y el ruido.

Ficha técnica Cliente Centro Avenida Chile P.H. Ubicación Bogotá Año del proyecto

Desarrollo esquema básico: 2006 a 2007. Ejecución de planos constructivos: 2007 a 2008

Tiempo de ejecución (meses) 20 Dimensiones generales cubierta (l x a x h) 54 m x 41 m x 12 m Gerente del proyecto Proyecto arquitectónico

Luis Fernando Díaz, Patricia Hernández, Juan Carlos Londoño Esquema básico: Servex Ltda. Proyecto arquitectónico: Arq. Catalina Iannini

Cálculo estructural acero Ing. Carlos A. Medina y Proacero Fabricación y montaje de la estructura Proacero Constructor estructura metálica Proacero Gerencia de obra e interventoría Payc S.A. Fotos Carlos Méndez

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N OTA S

Curso sobre

Metal Building Systems La Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, con el apoyo de las firmas Tecmo y Corpacero, realizó durante los pasados meses de febrero y marzo en Bogotá el curso Edificios metálicos de un piso para uso industrial, comercial o institucional.

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stos edificios, construidos con estructuras de acero, son la base de las edificaciones que se conocen como Sistemas Metálicos para Edificios (Metal Building Systems), cuyo uso se ha difundido en los países industrializados para espacios comerciales, industriales e institucionales, gracias a su versatilidad, rapidez de construcción, costos competitivos y excelentes posibilidades estéticas. En Colombia, se han usado principalmente en el sector industrial, situación que se ha ampliado de manera significativa a otras actividades y tipologías. De ahí la importancia de comprender detalladamente el comportamiento estructural y funcional, tanto de la estructura básica como de los sistemas complementarios (cubiertas, cerramientos, sistemas de drenaje, entre otros).

Ingenieros Thomas M. Murray, Ph.D. y Gabriel Valencia Clement

Como conferencistas del curso asistieron los ingenieros Luis Guillermo Aycardi, Gabriel Valencia Clement y Thomas M. Murray, Ph.D. El evento inició con la exposición sobre las tendencias en la construcción metálica contemporánea en Colombia y en el mundo, para luego continuar con varias sesiones donde se desarrollaron temas como componentes; requisitos de diseño como cargas, vientos y sismos; puentegrúas, deflexiones y derivas, juntas, drenajes y arriostramientos; funcionalidad, consideraciones constructivas, glosario, entre otros. El profesor Murray, del Instituto Politécnico de Virginia y autor de importantes y recientes investigaciones y documentaciones sobre construcción metálica, presentó las condiciones de las cubiertas metálicas y el diseño para elementos como perlines, tejas, anclajes, conexiones sísmicas en edificios metálicos, análisis y diseño para vibraciones. El curso ofreció ágiles técnicas de presentación y discusión, así como una recopilación actualizada de materiales didácticos

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acerca del tema, con referencia a publicaciones, normativas e investigaciones existentes. La amplia asistencia de público demostró el interés de arquitectos, ingenieros, diseñadores y demás profesionales del sector de la construcción por actualizarse en las posibilidades y técnicas de la construcción metálica.


Revista Construcción Metálica Ed. 8