La construcción del edificio en altura. Diagrid y fachada: una extraña relación

LA

CONSTRUCCIÓN

DEL EDIFICIO EN ALTURA

DIAGRID Y FACHADA: UNA EXTRAÑA RELACIÓN

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Daniel Turel García Trabajo De Fin De Grado

Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid Universidad Politécnica De Madrid

Universidad Politécnica de Madrid

Escuela

Técnica

Superior de Arquitectura Trabajo Fin de Grado

Daniel Turel García

La construcción del edificio en altura Diagrid y fachada: una extraña relación

2023

La construcción del edificio en altura Diagrid y fachada: una extraña relación

Alumno

Daniel Turel García

Tutor

Javier Pinilla Melo Departamento de Construcción Arquitectónica

Aula 8

Luis Javier Sánchez Aparicio, coordinador Héctor Navarro, adjunto

Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid Universidad Politécnica De Madrid

Acceso a publicación online https://issuu.com/daniel_turel/docs/tfg_final_hr

Resumen Motivación

Objetivos Metodología

Características básicas de los rascacielos Concepto Condiciones de diseño Principales problemas estructurales

Estado de la cuestión

1. Por qué surge el primer edifico en altura y qué implicaciones tuvo

2. Periodos en cuanto a los materiales de construcción

A. Fundición de hierro

B. Acero

El Gran Fuego de Chicago y la reinvención de la arquitectura Fundición de hierro, hierro forjado y acero Nuevos sistemas de arriostramientos Nuevos hitos tecnológicos

La arquitectura del 29. Chrysler Building Mies y la arquitectura de las posguerras Sede Naciones Unidas en Nueva York Desarrollo del Estilo Internacional Nuevo sistema estructural: Centro John Hancock

C. Hormigón armado

El hormigón armado como sustituto del acero Comportamiento ante el fuego El rascacielos moderno. El Burj Khalifa Millie on Michigan Avenue Fachadas de doble piel

D. Madera

Construcción en altura con madera Según los continentes donde se han construido Según sus materiales estructurales Según sus sistemas estructurales El futuro de los rascacielos. El Mjøstårnet

3. Síntesis cronológica

Resultados y casos de estudio

1. John hancock tower, SOM, Chicago, EEUU, 1969

2. UB Technology HQ, bKL ARchitecture, Shenzhen, China, 2023

3. Mjøstårnet, Brumunddal, Noruega, 2019

Conclusiones y futuras líneas de investigación

Referencias bibliográficas

11 13 13 15 21 27 31 55 65 69 79 81 91 99 91 115

Palabras clave

Abstract

Los rascacielos son quizás el mejor reflejo del progreso arquitectónico de la sociedad a lo largo de la historia. Desde su concepción, hace más de 150 años, han guardado siempre una relación muy estrecha con la situación sociocultural de su época, se han nutrido de ella y han transformado la forma de vivir en las ciudades en las que se ubican.

Como resultado de la creciente demanda de espacio en las ciudades a raíz del éxodo rural y el consiguiente incremento del precio del suelo en el siglo XIX, los edificios en altura se desarrollaron en Chicago y Nueva York y rápidamente se extendieron al resto del mundo. Su desarrollo fue posible gracias a la utilización de nuevos materiales y nuevas técnicas que permitieron a los arquitectos e ingenieros separar las funciones de la estructura y de la fachada, pasando desde los edificios masivos donde los muros de carga desempeñaban ambas funciones, hasta las estructuras ligeras de madera con fachadas activas de vidrio utilizadas en los modelos actuales.

En este trabajo de investigación se realiza primero un análisis histórico simultáneo de la evolución de los sistemas estructurales y de fachada para posteriormente determinar, a través de tres casos de estudio representativos de acero, hormigón y madera, qué grado de interdependencia existe entre ambas disciplinas y cómo las fachadas se adaptan a los nuevos sistemas estructurales de diagrid.

Skyscrapers have probably been the best reflection of architectural progress throughout history. From its conception more than 150 years ago, they have kept a tight relationship with the sociocultural situation of their time. They have nurtured from it and transformed how people lived in the cities where they were located.

As a result of the growing demand for space in the cities due to the migration from the countryside and the consecutive increase in the cost of land in the 19th century, high-rises were developed in Chicago and New York and rapidly expanded to the rest of the world. The development tall buildings experienced was only possible thanks to new materials and techniques. They allowed architects and engineers to separate functions between the structural and the façade systems, going from massive buildings where bearing walls would carry out both roles to today’s light wooden structures with active glass façades.

This research project begins with a simultaneous historical analysis of the evolution of structural and façade systems to later continue to determine, through the analysis of three representative case studies, in steel, concrete and structural wood, what degree of interdependence exists between the two disciplines and how façades adapt to the new diagrid structure systems.

Rascacielos · Fachada · Estructura · Hancock · UBTech · Mjøstårnet

Skyscrapers

Motivación

La idea de este Trabajo de Fin de Grado se remonta a 2020.

Desde que decidí estudiar Arquitectura, mi sueño era estudiar en Chicago. Para mí había sido siempre una referencia: sus rascacielos, la escuela de Mies Van der Rohe, ... y, por fin, en 2019, pude elegir el Illinois Institute of Technology para cursar 4º de carrera (curso 2020-2021). Pero en marzo de 2020, en pleno proceso de tramitación, irrumpió el Covid paralizándonos la vida, incluidos, por supuesto, los viajes. Parecía que mi sueño se truncaba. Finalmente, no fue así y me fui.

Quiero, desde aquí, darle las gracias a mi madre. Cuando parecía imposible que el intercambio se pudiera realizar, ella me animó a continuar, a terminar los trámites con la universidad, a buscar el alojamiento, los vuelos, .... No me dejó rendirme. Sin ella, nada de esto habría ocurrido.

Una vez en Chicago, mi profesor de Proyectos, arquitecto en SOM, me introdujo al diseño de edificios de gran altura. “¡Qué felicidad: rascacielos en la primera clase!” – pensaba yo.

Llegó el momento de decidir la estructura del edificio que estábamos diseñando y yo, con mis muy limitados conocimientos del tema y con la famosa imagen en mi cabeza de los operarios sentados en el aire sobre la viga de acero en la construcción del Empire State, dije: “en acero”. Al profesor se le abrieron los ojos como platos. Ahí me di cuenta de que tenía mucho que aprender sobre el tema.

A final de curso, conseguí unas prácticas en bKL Architecture, un estudio en Chicago. Durante 10 meses he tenido la suerte de poder colaborar en el diseño de grandes edificios en altura lo que ha hecho que mi interés por este tipo de edificios haya seguido creciendo.

Aprovecho para agradecer también a bKL todo lo que me han enseñado y su colaboración en el desarrollo de este TFG aportando documentación, así como a Belén Orta por su desinteresada e inestimable ayuda.

Creo que este trabajo de investigación puede ayudarme a mí, y a todos los que quieran dedicarse al diseño de rascacielos, a entender los detalles de esa gran cosa que te imaginas en tu cabeza cuando la estas diseñado. A entender la relación entre las partes desde el detalle pequeño y concreto hasta el producto final.

Me maravilla la transformación tecnológica que supone el paso de una o pocas plantas a la construcción en altura de manera que el sistema constructivo y estructural funcione. Saber hasta dónde puede llevarnos, como arquitectos de edificios en altura, la ambición de “voy a añadir otra planta y a ver qué implicaciones tiene y cómo las resolvemos”. Es un reto en sí mismo al que tengo muchas ganas de enfrentarme.

–

“Daniel, vamos a que te renueven el pasaporte ya, que las comisarías van a cerrar y te vas a quedar sin él” – mi madre, 13 marzo 2020, Madrid

Gracias a esta frase uno de mis sueños se hizo realidad.

Este trabajo de investigación se centrará en profundizar e indagar en lo relacionado con la estructura y la fachada de los edificios en altura. Evaluará y comparará diferentes sistemas constructivos empleados a lo largo de la historia, las innovaciones tipológicas, las soluciones que han aparecido y los avances teóricos y experimentales que se han generado, extrayendo sus ventajas e inconvenientes a través de varios casos de estudio.

Mediante el estudio de volumetrías, diagramas, planos arquitectónicos y estructurales, detalles constructivos y, finalmente, axonometrías seccionadas de los tres edificios a la misma escala, se pretende comparar las soluciones adoptadas en cada uno de ellos con el fin de evaluar si existe o no relación entre el soporte y el cerramiento y, de ser así, determinar en qué medida.

Actualmente existen estudios tanto sobre fachadas como sobre estructuras. La aportación de este trabajo radica en la combinación de temas que normalmente se estudian por separado: la evolución de la estructura y la evolución de la fachada de los edificios en altura, determinando la relación que existe entre ambos. Nace como respuesta a los nuevos tipos estructurales de diagrid derivados de concentrar la estructura en las fachadas de los rascacielos. Se analiza cómo la fachada se adapta a estos nuevos modelos y se determinan las ventajas e inconvenientes de tres situaciones distintas en edificios de acero, hormigón y madera estructural.

El trabajo empieza con el estudio de la evolución histórica de esta tipología edificatoria: qué motivó la edificación en altura y qué implicaciones tuvo esta decisión. La evolución se divide en 4 períodos principales según los materiales utilizados y pretende dar respuesta a preguntas como: por qué se eligen esos materiales, qué problemas se descubrieron o qué motivó la búsqueda de nuevas técnicas. Abarca desde el primer modelo del año 1857 hasta las nuevas tendencias actuales de los rascacielos en madera estructural.

En la segunda parte, se seleccionan tres casos de estudio de estructura del tipo diagrid de los tres periodos de mayor desarrollo: acero, hormigón y madera estructural. En cada uno de ellos, la estructura se sitúa en una posición diferente con respecto a la fachada. Se ahonda en el estudio de detalle del encuentro entre la fachada y la estructura, así como de las implicaciones de la una sobre la otra. Las conclusiones alcanzadas podrán ser la base para el planteamiento de futuras líneas de investigación.

Características básicas de los rascacielos

Fig. 1.1. Pagoda de Songyue, es considerada la pagoda más antigua. Fue construida en China con ladrillo y data del año 523. Tiene 40 metros de altura. Karl Johaentges, 2001. Foto vía Alamy

INTRODUCCIÓN

Las construcciones en altura son más antiguas de lo que podemos imaginar. Se han utilizado desde hace más de diez mil años para crear puestos de vigilancia elevados, torres de comunicación, como monumentos religiosos, etc. Y, aunque los rascacielos son más recientes, tienen ya más de ciento cincuenta años.

Al igual que las torres en el mundo antiguo, incluso los rascacielos más modernos se construyen con un propósito muy concreto en mente: reducir el coste de la vivienda, reducir el nivel de desigualdades sociales y permitir un mayor aprovechamiento del suelo en las ciudades. Que estas razones sigan siendo aplicables hoy en día depende de donde miremos.

Concepto

Un edificio en altura no es simplemente un edificio que tiene muchas plantas, sino que se trata de un edificio que reúne las siguientes condiciones:

• Su altura supera una determinada altura que se determinará más adelante

• Es esbelto (un edificio alto con mucha base no se considerará un edificio en altura)

• Predominan las acciones horizontales sobre las verticales en el cálculo y diseño de su estructura

• Está dotado de tecnologías específicas (transporte vertical, instalaciones, arriostramientos, amortiguadores, mantenimiento, etc.)

Condicionantes de diseño

Para seleccionar la estructura de un edificio en altura, deben tenerse en cuenta muchos condicionantes además del propio comportamiento estructural. Entre ellos se podría citar:

1. Condicionantes del terreno, mucho más importantes que en el caso de una estructura convencional.

2. Relación altura/anchura, magnitud que influirá en la rigidez del edificio. Cuando este valor esté prefijado, se elegirá el sistema estructural que se acomode mejor a las condiciones de carga y tamaño de los vanos.

3. Proceso constructivo y sistema de elevación de los elementos.

4. Condicionantes económicos relativos no sólo al proceso constructivo sino al mantenimiento posterior

5. Instalaciones (transporte vertical, agua, luz, gas, etc.): las instalaciones constituyen más de un tercio del coste de estos edificios y, además, deben planificarse con cuidado.

6. Sistemas de protección contra el fuego. Dado que la mayoría de los pisos están más altos que el alcance de las escaleras de bomberos, el rescate debe realizarse desde el interior. Por eso se necesitan sistemas de evacuación y de aislamiento de las zonas incendiadas, sistemas de extinción adecuados y sistemas de ventilación.

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LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Principales problemas estructurales a los que se enfrenta un edificio en altura

Las acciones a las que se enfrentan los edificios en altura son similares a los edificios convencionales, sin embargo, debido a su altura, la escala del problema es mucho mayor.

Las principales acciones son las acciones gravitatorias (pesos propios y sobrecargas) y el viento.

La primera crece linealmente con el número de plantas, es decir con la altura. Por lo tanto, en edificios altos, tener mayor peso implica tener soportes de mayores dimensiones. De hecho, siempre interesa utilizar materiales de alta resistencia para que la ocupación de la estructura vertical no interfiera en el uso de la planta.

El viento ante un obstáculo como un edifico genera una serie de turbulencias que producen presión en la fachada de barlovento y succión en la de sotavento. En edificios sin junta de dilatación se pueden sumar ambos valores y suponer que ambos están en el lado de presión, como se considerará de ahora en adelante. La acción es creciente con la altura. Como incide en la superficie de fachada que también crece con la altura, el valor total de la acción crece exponencialmente con el cuadrado de la altura.

Fig. 1.2. Acciones que intervienen en un edificio. Engel

Fig. 1.2. Condiciones estructurales básicas que debe cumplir todo edificio. Engel, 1968

El edificio debe cumplir tres condiciones estructurales básicas:

• Estabilidad

• Resistencia

• Rigidez control de las deformaciones

Otros requisitos como el pandeo global, los efectos de torsión o de vibración se salen del ámbito de este trabajo.

Fig. 1.4. Verificación general de la estabilidad del edificio. Belén Orta, 2023

INTRODUCCIÓN

Para la verificación de la estabilidad general es crucial el efecto de la acción del viento (fig. 1.4). La estabilidad mejora con el aumento de peso. Los primeros rascacielos que se verán a continuación tendrán fachadas pesadas de fábrica o de piedra.

Por otra parte, las fachadas masivas y pesadas obligan a que la estructura vertical (soportes, muros o pantallas) tengan mayor dimensión, de ahí que en cuanto los edificios crezcan en altura se vayan buscando soluciones de fachadas más ligeras, lo que permitirá independizar la estructura. La estabilidad mejora también cuando el edificio tiene sótanos, por el aumento de peso y por que se puede tener en cuenta el empuje pasivo del terreno ante estabilidad lateral.

Para la verificación de resistencia ante acciones gravitatorias, el aumento de número de plantas implicará el aumento de sección de la estructura vertical (soportes, muros o pantallas). Ante acción de viento, el comportamiento global de un edificio en altura se puede asemejar a una ménsula (fig. 1.5). Tanto el cortante como el momento flector aumentan exponencialmente con la altura. El momento se resiste a nivel global con tracciones y compresiones en los soportes, siendo mayores en los extremos.

Fig. 1.5. Comportamiento interno de la estructura del edificio ante la acción del viento. Belén Orta, 2023

Para controlar el desplome del edificio, como se verá más adelante, en ocasiones se combinan pantallas de hormigón armado y pórticos de acero. Se hace así para controlar el desplome: la deformación con pórticos es del tipo a en la figura 1.6 y la pantalla del tipo b. Las pantallas se deforman menos en el arranque y los pórticos, con o sin arriostramiento, menos en cabeza. Para aprovechar la ventaja de ambas soluciones se disponen las pantallas sólo en las plantas inferiores.

Fig. 1.6. Control del desplome [1.1]

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

En caso de recurrir únicamente a pórticos de nudos rígidos, el comportamiento de vigas y soportes es el siguiente:

Fig. 1.7. Comportamiento de vigas y soportes es el siguiente en caso de recurrir a pórtico de nudos rígidos [1.2]. Se marcan en azul los cortantes en los soportes

Los soportes y vigas trabajan a flexión: La acción del viento es horizontal, por tanto, los soportes sólo pueden responder con solicitaciones de cortantes crecientes en plantas más bajas (en azul en la figura 1.6). Estos cortantes producen solicitaciones de flexión en los soportes y debido a que la unión es rígida con las vigas, estas también flectan, como se ve en la imagen

El comportamiento en altura dependerá de las relaciones de rigidez entre vigas y soportes:

Fig. 1.8. Soportes mucho más rígidos que las vigas, los soportes se comportan como ménsulas [1.2]

Fig. 1.9. Vigas con rigidez mucho mayor a los soportes [1.2]

Fig. 1.10. Soportes y vigas de rigidez similar [1.2]

En la comprobación de rigidez, vuelve a ser crucial la rigidez lateral ante acciones horizontales y por tanto el control del desplome, como se ve en la figura 1.7 marcado con la letra D.

En caso de recurrir a estructura de nudos articulados con arriostramientos, el comportamiento global es el de la figura 1.11. En lugar de resistir todo el pórtico, la resistencia se concentra en los soportes que forman parte del arriostramiento. El momento de vuelco, el cortante y la deformación es la de este paño arriostrado.

Fig. 1.11. Soportes y vigas de rigidez similar [1.2]

Suelen ser habituales arriostramientos en forma de cruz de San Andrés donde una de ellas trabaja a tracción mientras la otra no es capaz de resistir compresiones y por tanto pandea. Los soportes que forman parte de los recuadros arriostrados son los que se traccionan o comprimen por efecto de la acción del viento por lo que suele ser interesante disponer estas cruces en tamos cargados para evitar tracciones en la unión con el terreno. En este caso el desplome se controla con el alargamiento de la diagonal traccionada.

[1.1]

(1985). The reistant structure of high buildings. Informes de construcción, Vol. 37, nº 371

[1.2]

https://doi.org/10.20868/UPM.book.51200.

ESTRESTURAS: APPS

Manterola Armisen, Javier

Miguel Rodríguez, José Luis de; Orta Rial, María Belén; García Alonso, María Dolores y Calle García, Alejandro (2018).

(Anexo de Prácticas y Problemas Solucionados). Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Estado de la cuestión introducción hierro acero hormigón armado madera

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

[2.1] Proyecto de Estructuras de Edificación. (2022). Historia de la Teoría y Construcción de Estructuras. Jaime Cervera. [Video] YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=Ah7zR_RMRm8

[2.2] Forestell, Kevin (2020). The How and Why of Skyscrapers [2.3] Latham, Dane (2018). Giants in the Sky: Why are Skyscrapers Important? https://www.latham-australia.com/blog/why-are-skyscrapers-important

INTRODUCCIÓN

Lo fundamental es entender qué motivó la transición de la producción de hierro a la del acero durante la Revolución Industrial.

Ya había altos hornos en siglos anteriores que trabajaban con carbón vegetal. El carbón mineral crea muchas impurezas de fósforo en el hierro que lo hacían frágil. Las mejoras en el refinado del mineral fundido con Thomas & Gilchrist en 1878 evolucionan hasta el convertidor Bessemer de 1885 que conlleva la producción rápida y barata de acero y facilita la transformación de la industria del hierro en una industria del acero. Las primeras obras en acero no son edificios en altura sino el puente Forth Bridge (1890) y Le Galerie des Machines (1889).

Posteriormente, esta industria abre las puertas al desarrollo de los edificios en altura. La ventaja no es sólo la posibilidad de fabricar perfiles de acero de manera rápida y más económica, sino que el hierro y la fundición son materiales frágiles y menos resistentes, mientras que el acero es dúctil, condición más deseada estructuralmente [2.1].

Conforme los edificios en altura se convertían poco a poco en una realidad cada vez más tangible, arquitectos y urbanistas quedaron fascinados por la cantidad de gente que podían alojar en las ciudades en unas porciones de suelo cada vez más pequeñas. De esta manera se podría ofertar más vivienda - idealmente - a un precio inferior. Sin embargo, este nuevo escenario dio lugar a una tremenda especulación con el precio del suelo ya que las ganancias por metro cuadrado de suelo construido se acababan de disparar [2.2].

El primer rascacielos

Existe mucha controversia sobre cuál fue el primer rascacielos. Muchos afirman que el primero fue un edificio de 10 plantas construido en Chicago en 1885 con un esqueleto de acero, que le permitió crecer más alto que los edificios tradicionales de fábrica, pero, se puede considerar que hubo otro modelo algo anterior construido en 1857 en Nueva York, el Haughwout Building, un edificio de 5 alturas construido en hierro.

La disputa surge porque en la década de 1880 se define el concepto de “rascacielos” como un edificio de al menos 10 alturas, lo que dejaba fuera al Haughwout. Sin embargo, este fue el primer edificio en contar con un ascensor, atributo considerado producto de la construcción en altura [2.3].

Ya durante el siglo XX, el requisito de las 10 alturas se convirtió en fácilmente alcanzable y se produjo una revisión del término.

¿Por qué se construyeron los primeros rascacielos?

Fig. 2.1. Convertidor Bessemer, Kelham Island Museum, Sheffield, Inglaterra. Foto vía Wikityke

Fig. 2.2. Home Insurance Building, Chicago, Illinois, 1885.Foto vía Foto vía Biblioteca del Congreso de EEUU

Fig. 2.3. Haughwout Building, Nueva York, 1859. Foto vía Biblioteca del Congreso de EEUU

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

La clasificación de los rascacielos modernos

Hoy en día existe un organismo internacional denominado Council of Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH por sus siglas en inglés) que se encarga de estudiar, calificar y categorizar los edificios del mundo, así como de establecer los criterios que determinan qué edificios se consideran rascacielos. El CTBUH establece que para que un edificio sea considerado “rascacielos” debe cumplir los siguientes criterios [2.4]:

• Tener al menos 40 plantas

• Superar la cota de los 150 metros o 492 pies de altura

• Ser una edificación exenta y autoportante, quedando excluidas por tanto todas aquellas construcciones sujetas por cables, y

• Contar con al menos el 50% de su área total construía destinada a espacio habitable.

Esta última es la razón por la que por ejemplo la CN Tower de Toronto se considera torre en lugar de rascacielos a pesar de sus 553 metros de altura.

El propósito de los rascacielos

Los edificios en altura crecieron en popularidad principalmente debido a la migración masiva del campo a las ciudades. Entre otras, las ventajas de las ciudades radican en la concentración de actividades culturales, el intercambio comercial, la mayor oferta sanitaria, un amplio mercado de trabajo y un variado desarrollo empresarial y financiero. Ofrecen mayores posibilidades de ocio y son un lugar de síntesis de ideas y costumbres que relacionan personas de diferentes procedencias.

Aunque originalmente los primeros rascacielos fueron utilizados mayoritariamente como espacios de oficinas en los centros financieros de las ciudades, poco a poco se han convertido en soluciones cada vez más populares para alojar viviendas.

Las construcciones en altura permiten alojar a un gran número de personas en una extensión de terreno mucho menor a la que sería necesaria utilizando únicamente los modelos de viviendas conocidos hasta el momento. Con esto ayudan a controlar la expansión urbana a la vez que añaden creatividad visual al horizonte de las ciudades convirtiéndose en muchas ocasiones en su seña de identidad.

[2.4]

CTBUH. (s.f.). Tall Building Criteria – https://www.ctbuh.org/resource/height [2.5] The Skyscraper Center. (s.f.). 100 Tallest Completed Buildings in the World –https://www.skyscrapercenter.com/buildings

Fig. 2.4. Torre CN y bahía de Toronto vistas desde el aeropuerto del centro de la ciuad. Foto vía Wladyslaw, 2008

Fig. 2.5. Skylines de Dubai, Nueva York y Chicago. Siluetas de Adobe Stock images

ESTADO DE LA CUESTIÓN - INTRODUCCIÓN

Los rascacielos hoy

Los rascacielos han evolucionado hasta convertirse en edificios icónicos y en muchos casos un reto para arquitectos e ingenieros. Edificios “súper-altos” y “mega-altos” son hoy categorías de rascacielos de más de 300 y más de 600 metros de altura respectivamente, que se han tenido que crear por ese aumento incesante de edificios cada vez más y más altos. A día de hoy existen 115 edificios súper-altos y solo 3 mega-altos completados a nivel mundial según la base de datos del CTBUH [2.5]:

1. Burj Khalifa (828 m)

2. Shanghai Tower (632 m)

3. Makkah Royal Clock Tower (601 m).

Está claro que los rascacielos solo podrán continuar creciendo a medida que las técnicas y los materiales evolucionen.

Fig. 2.6. Burj Khalifa (828 m), Dubai, 2010. Vía The World Federation of Great Towers

Fig. 2.8. Makkah Royal Clock Tower (601 m), Mecca, 2012. Vía Saudi Bin Laden Group.

Fig. 2.7. Shanghai Tower (632 m), Shanhai, 2015. Vía Gensler.com

Estado de la cuestión introducción hierro acero hormigón armado madera

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Una vez sentadas las bases de lo que es un rascacielos y cuál es su origen, se realizará un análisis de la evolución de los sistemas constructivos de estos edificios, las innovaciones tipológicas, las soluciones que aparecen y los avances teóricos y experimentales que se generan.

Se va a considerar como el primer rascacielos de la historia para este estudio al Haughwout Building de Nueva York. Como ya se ha mencionado, es un edificio de tan solo 5 alturas construido en 1857 por John P. Gaynor y Daniel D. Badger, de la empresa de hierro Iron Works [3.1].

La composición de la fachada recuerda a los palacios renacentistas italianos. Presenta elementos como la división en bandas horizontales de la fachada, la ordenación de estas bandas por pilastras siguiendo un ritmo modular, los arcos de los vanos que se alinean en vertical con las ventanas o el remate superior por medio de una cornisa, que muestran el conocimiento de la arquitectura clásica por parte de los arquitectos. Al pie de ambos edificios hay un elemento horizontal perimetral que crea una especie de base, como si se tratara de un estilóbato (figura 3.1 y figura 3.2).

La singularidad del Haughwout radica en su capacidad de sustituir estos elementos de mampostería de arenisca, por hierro fundido en elementos estructurales verticales, tanto interiores como de fachada, y por hierro forjado para los elementos horizontales [3.2].

Prestando atención a la fachada, en ella se desarrolla una técnica de fundición del hierro con la cual fueron capaces de conformar casi cualquier forma de la que pudiesen crear un molde. El nivel de detalle es notable (fig. 3.3).

Fue también la primera estructura en contar con un ascensor, diseñado por la casa Otis, que estaba destinado únicamente al desplazamiento vertical de las personas. Esto fue una astuta decisión comercial ya que hizo que las plantas más altas fueran fácilmente accesibles para sus clientes adinerados. Con esta incorporación, ayudó a estimular el impulso de construir en vertical, dando pie a la verdadera época de los rascacielos tal y como los conocemos hoy y que, desde entonces, ha caracterizado el skyline de muchas ciudades [3.3].

Sin embargo, a pesar de la facilidad del trabajo del hierro, este material pronto fue remplazado por el acero.

[3.1] Gray, Christopher (1995). Streetscapes/the haughwout Building; restoring a richly sculpted venetian palace. https://rb.gy/hsd7uu [3.2] Bühler, David (2017) . The cast iron cornice of the E.V. Haughwout Building [3.3] Initiative, S. B. (2016). A look back at SoHo’s broadway:The haughwout emporium. https://sohobroadway.org/a-look-back-at-sohos-broadway-thehaughwout-emporium/

Fig.

Fig. 3.1. Foto de alzado del Haughwout Building. Foto vía David Bühler

Fig. 3.2. Palazzo Vendramin-Calergi en Venecia, diseñado por Mauro Codussi. Vía David Bühler

3.3. Sección de la cornisa y técnica de su moldeo por fundición de hierro.Vía David Bühler

Fig. 3.5. Plano de planta baja de David Bühler [2.2]. El autor marca los muros de arriostramiento en planos de medianería y los pilares de fachada.

Fig. 3.6. Diagramas de la fachada (alzado y sección) en los que se observa el ritmo tan marcado de los soportes, y cómo el cerramiento queda embebido en la estructura de la fachada formando un único plano vertical.

Las construcciones históricas de fábrica no distinguían cerramiento de estructura, era todo lo mismo. Este edificio sigue sin distinguirlo. Se ha conseguido cambiar el material aunque se sigue manteniendo el sistema.

Elaboración propia a partir de plano y fotografías.

Fig. 3.4. Haughwout Building, SoHo, Nueva York. Foto vía Elisa Rolle

Estado de la cuestión introducción hierro acero hormigón armado madera

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

El Gran Fuego de Chicago y la reinvención de la arquitectura

En 1871, la ciudad de Chicago ardió y gran parte de ella, principalmente su área central, quedó completamente destruida. Esto trajo consigo so novedades urbanísticas y arquitectónicas que vinieron a conformar, a grandes rasgos, el modelo de ciudad que conocemos hoy. Por una parte, se determinó que las instalaciones industriales no estuvieran entremezcladas con los edificios residenciales sino alejadas de éstos. Por otra, se impulsó la construcción de inmuebles cuyos principales materiales utilizados para sus estructuras portantes fueran acero y ladrillo dado que de estos materiales estaban hechos la mayoría de los edificios que habían sobrevivido al fuego, abandonando (por el momento) la madera, material del balloon frame muy extendido por todo Estados Unidos.

La necesidad de reconstruir la ciudad con cierta celeridad propició aún más la construcción en altura. Los importantes avances tecnológicos de la década de 1885 a 1895 se tradujeron en mejoras en la eficiencia, altura y estabilidad de los edificios en altura [4.1].

• El acero sustituye completamente a la fundición de hierro y al hierro forjado, materiales que habían sido utilizados hasta el momento para la fabricación de pilares y vigas respectivamente.

• Se desarrollan también nuevos sistemas de arriostramiento para resistir las cargas laterales.

Fundición de hierro, hierro forjado y acero

En un estudio de Bill Addis y otro de Donald Friedman se analiza el verdadero motivo por el que el hierro dejó de utilizarse. Se analizaron las características propias de cada material, hierro y acero, y planteaban cómo con en hierro era muy complicado obtener uniones rígidas sin tener que recurrir a soluciones de roblones, entre otros elementos, ya utilizadas en la construcción de grandes puentes de ferrocarril. En un momento en el que los dos materiales se estaban utilizando simultáneamente, Donald Friedman llegó a la conclusión de que lo importante era conocer qué tipo de uniones se podían hacer con cada uno de los materiales y así poder determinar cuáles se tenían que hacer en taller y cuáles se podían hacer en obra, abaratando así los costes de la construcción. Se dio cuenta de que la técnica del roblonado en el hierro forjado ofrecía oportunidades únicas de crear uniones rígidas resistentes al viento a la vez que dúctiles, algo que no era posible en hierro fundido o en acero [4.2] [4.3].

[4.1] Leslie, Thomas (2010). Built like bridges: Iron, steel, and rivets in the nineteenthcentury skyscraper. Journal of the Society of Architectural Historians, 69, 234-261.

[4.2] Addis, Bill (2007). 3000 Years of Design, Engineering, and Construction

[4.3] Friedman Donald (1995). Historical Building Construction

[4.4] Durana, J. G. d. (2021). El incendio de chicago y la reinvención de la arquitectura. https://arquilectura.com/2021/10/06/elincendio-de-chicago-y-la-reinvencion-de-laarquitectura/

Fig. 4.1. Foto de la cornisa del Haughwout Building. Fotografía de Javier Pinilla Melo

Fig. 4.2. Ascensor de vapor de la casa Otis utilizado en el Haughwout Building. Vía Frank Beacham, 2021 Fig. 4.3 Unión típica de pilares de hierro fundido incluyendo lengüetas, apoyos y tornillos. De James C. Plant et al., Cyclopedia of Architecture, Carpentry and Building, Chicago: American School of Correspondence, 1907 [4.1]

ESTADO DE LA CUESTIÓN - ACERO

A finales de los 90, el hierro aún presentaba numerosas ventajas frente al acero en materia de reputación y coste. El acero era un material relativamente nuevo que los arquitectos no conocían demasiado en la práctica mientras que el hierro llevaba en uso desde mediados del siglo anterior.

Sin embargo, tanto el hierro como el acero, a pesar de sus numerosas ventajas estructurales, presentaban un problema muy importante, su escasa resistencia al fuego. Arquitectos e ingenieros idearon sistemas de revestimiento de la estructura con ladrillos o piedra para protegerlos de las altas temperaturas de un incendio.

Fig. 4.4. Detalle de pilar tipo “Gray” y tipo “Phoenix” con uniones de acero mediante roblones. De J. K. Freitag, Architectural Engineering 1904 [4.1]

En la década de 1860, hubo un impulso de la fabricación de acero cuando los procesos mecánicos del convertidor Bessemer empezaron a reemplazar las labores manuales de remover el crudo del hierro para extraer el carbono. El acero se convirtió en un producto especializado: su contenido en carbono era similar al del hierro forjado, pero cuidadamente equilibrado para conseguir una combinación dúctil y resistente al mismo tiempo. El resultado era un material que se podía trabajar como el hierro forjado, lo que hizo fácil su utilización en obra sin una necesaria formación adicional de los trabajadores, pero que era dura y resistente como el hierro fundido. El acero presentaba un comportamiento estructural entre un diez y un treinta por ciento mejor que le del hierro forjado [4.1].

A pesar de la aparente motivación de los gobiernos por la conversión de un material a otro, tubo que pasar una década desde la construcción del primer edificio con estructura de acero, el Home Insurance Building construido en Chicago en 1885, para que el Engineering Records, el equivalente estadounidense a nuestro Colegio de Ingenieros de Caminos, determinase en 1895, que “el hierro fundido ya no podía ser recomendado para su uso como material estructural” [4.1].

Nuevos sistemas de arriostramientos

Los ingenieros estructurales comienzan esta década con edificios de cerramientos pesados, generalmente de fábrica como el Home Insurance Building en Chicago, cuyos espesores determinaban con reglas de cálculo. La fachada aportaba estabilidad y resistencia ante acciones laterales. La década acaba con edificios comparativamente más ligeros, con estructuras de acero capaces de resistir acciones verticales y horizontales.

Fig. 4.5. Las tres formas principales de arriostrar frente al viento. De James C. Plant et al., Cyclopedia of Architecture, Carpentry and Building, Chicago: American Technical Society, 1907 [4.1]

Al crecer en altura aumentan de manera proporcional las acciones verticales que tiene que transmitir la estructura hasta el terreno, esto incluye peso propio y sobrecargas de uso. También crece la acción del viento pero está lo hace más rápidamente que el peso, de ahí que las estrategias para resistir esta acción impliquen un desarrollo no sólo tecnológico, también formal y de uso del edificio.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

El resultado más visible de estos avances fue la posibilidad de construir más alto, gracias en parte a la reducción de peso: los edificios más altos de mediados de los 80 tenían alrededor de diez o doce plantas mientras que los diseñados a mediados de los años 90 superaban las veinte. Otro de los factores que se derivó de sustituir los muros de carga por las estructuras de pilares metálicos fue la liberación del diseño de la planta, hasta ahora muy rigidizada por los elementos estructurales lineales.

Nuevos hitos tecnológicos

- Home insurance Building

Hasta finales del siglo XIX, arriostrar frente al viento había sido, en el mejor de los casos, una consideración menor porque, en los edificios de fábrica de ladrillo o de piedra, el peso del propio muro absorbía las cargas laterales implicadas de la acción del viento. Por el incipiente uso del acero, la ligereza de la fachada, el crecimiento en altura y el tipo de uniones que se hacían, el problema de resistencia ante acción del viento volvió a aparecer.

La altura del Home Insurance Building es dos veces la del edificio del SoHo y, para dar respuesta al mismo problema del viento, los arquitectos recurrieron a unos pares de muros masivos de piedra en su base dispuestos perpendicularmente. De esta manera se creaban arriostramientos sin necesidad de diagonales [4.6].

- Tacoma Building

Otro ejemplo contemporáneo es el Tacoma Building (1885) de Holabird and Roche. En este ejemplo quizás más exitoso, los muros de arriostramiento se disponen perpendicularmente a la fachada, quedando ésta completamente liberada de la estructura y permitiendo así la apertura de grandes huecos. Se tiene ya una sensibilidad compositiva mucho más centrada en conseguir hacer el edificio más luminoso. Volviendo de nuevo a los palacios renacentistas italianos, se observa que aquellos eran construcciones con muy pocos huecos de fachada.

Este sistema funcionaba muy bien estructuralmente ya que era capaz de resolver el empuje del viento de cualquier dirección, pero aún no resolvía el problema de liberar la planta de la rigidez de la estructura. Para arriostrar por medio de muros masivos había que hacer grandes pantallas que condicionaban mucho la arquitectura y lo usos que en ellos se podían hacer.

[4.5] Características Arquitectónicas - Home Insurance Building. https://sites.google.com/site/homeinsuranceBuilding/02-temas-tópicos [4.6] Larson, J. (2021). The fabrication of the big lie: The home insurance Building. https://thearchitectureprofessor.com/2021/04/06/3-18-the-fabrication-of-the-big-liethehome-insurance-Building/ [4.7] W. L. B. Jenney (1891). Chicago Construction, or Tall Buildings on a Compressible Soil, Engineering Record [3.8] Home insurance Building (primer edificio alto o primer rascacielos de la historia). https://www.jmhdezhdez.com/2013/04/home-insurance-Building-chicago.html

Fig. 4.6. Planta baja del Home Insurance Building, Chicago, 1885 (No a escala)

Fig. 4.7 Planta baja del Tacoma Building, Chicago, 1885 (No a escala)

El autor marca en rojo los muros perpendiculares de piedra utilizados para arriostrar ambos edificios. Planos de T. Leslie, basados en Prominent Buildings Erected by the George A. Fuller Company (1893) [4.6]

Fig. 4.8. Detalle de sección del muro de fachada del Home Insurance Building. Muro pasivo de piedra en su base y estructura de acero a partir de la tercera planta [4.7].

Fig. 4.9 Perspectiva del Home Insurance Buildin. Vía Structuralia, 2018

William Le Baron Jenney

Chicago, Estados Unidos Oficinas

1884 - 1885 / Demolido 1931 42 m / 138 pies Ladrillo + hierro + acero

10

Home Insurance Building Ladrillo Primer edificio de acero

“The wind pressure must be looked after. The floors are by the fire-proof arches made sufficiently rigid, but the columns may require bracing, either by knees as in naval architecture, or by X rods, as in bridge construction”. — W. L. B. Jenney, 1891[4.7]

Fig. 4.10. Detalles de la estructura. Por medio de ladrillos e protegen del fuego los pilares. Las bovedillas de ladrillo hueco del forjado junto con el recubrimiento superior protegen las viguetas del fuego [4.7] [4.8].

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Cada vez más, los edificios en altura eran demandados por empresas para alojar sus oficinas. Para ello necesitaban grandes espacios que fueran flexibles y pudieran alojar a un número alto de personas.

- Monadock Building

Poco después, en 1889, los arquitectos del Tacoma Building llevaron al límite la construcción en ladrillo con un edifico de 16 alturas hecho únicamente por este método, el Monadock. Por medio de muros de carga perimetrales y costillas perpendiculares, que no llegan de lado a lado, se consigue una libertad espacial muy superior a la que ofrecía el Tacoma a pesar de tener éste estructura de acero, que en un principio era mejor para estas cuestiones.

Es un edificio que por la masividad de su estructura funcionaba muy bien ante el empuje horizontal del viento. Como se mencionaba al principio, el edificio se comporta como un gran voladizo empotrado en su base y con una carga uniformemente repartida sobre sus fachadas (figura 4.12). En este caso, para mejorar su comportamiento frente a las cargas horizontales, los arquitectos apostaron por hacer una base muy pesada. Los muros tienen alrededor de 1.6 metros de ancho en su base y adelgazaban conforme asciende el edificio hasta la cubierta donde apenas tienen 20 centímetros. La masividad de sus muros solventó un problema, pero generó otro. Los arquitectos no tuvieron en cuenta la tolerancia del terreno. Chicago está construido sobre un terreno pantanoso procedente del lago, lo que lo convierte en un suelo con muy poca capacidad de carga. En los primeros cuatro años, el edifico asentó cerca de medio metro más de lo previsto y para acceder al él, hoy, hay dos escalones desde el nivel de la calle [4.8].

Cuando se completó, fue el edificio de oficinas más grande del mundo. El éxito de la construcción fue el catalizador de un importante centro de negocios nuevo en el extremo sur del distrito financiero de Chicago.

- Reliance Building

Unas calles más al norte aparece en 1895 un nuevo edificio de una altura similar pero hecho íntegramente en acero, el Reliance Building. Al tener la misma altura que el Monadock pero tan solo un 25% de la superficie de su planta, este edificio es mucho más esbelto y por tanto más inestable ante esfuerzos horizontales.

[4.8] Pierson, William H., Jr. (1997) - Journal of the Society of Architectural Historians [4.9] Hendel, A. (2022) - Edificio Monadnock, Chicago. https://spa.archinform.net/projekte/6406.htm

Fig. 4.11. Sección longitudinal Monadock Building en la que vemos cómo varía el ancho del muro conforme crece el edificio. Vía archINFORM [4.9]

z m (z) p (z,t)

x (t)

Fig. 4.12. Diagrama de estrategia estructural del Monadock Building. Para reducir el balanceo de la parte superior del edificio se utilizaron muros muy masivos en la base y que disminuían de sección al ir ascendiendo. Elaboración propia

Fig. 4.13. Foto del espesor de la fachada del Monadock Building a nivel de calle. Foto de Antony Wood, CTBUH

Fig. 4.14. Fotografía el Monadock Building desde Jackson bulevard. David K. Staub vía archINFORM [4.9]

Fig. 4.15. Detalle de sección del muro de fachada con los balcones proyectantes. Alexander Barina vía Téchne Architectural Juxtaposition

Monadock Building

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Burnham & Root; Holabird & Roche

Chicago, Estados Unidos Oficinas

1889 - 1893 60 m / 92 pies Ladrillo

16

Ladrillo Edificio más alto hecho solo con muro de carga

Fig. 4.16. El autor marca en rojo con distintos grosores los muros de fábrica de la planta baja y de la última enfatizando el cambio de espesor. Plano vía archINFORM [4.9]

LA

CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Edificios como el Monadock utilizaban su gran peso para hacer frente al problema del vuelco producido por la acción del viento. En las estructuras de esqueleto de acero, mucho más ligeras, los arquitectos debieron idear nuevas maneras de solventar este problema si querían dejar atrás los muros masivos de piedra o de fábrica. De las diferentes alternativas que se planteaban al principio, se ve que los arquitectos del Reliance Building optaron por fortalecer los pilares individualmente. Aumentaron la sección de los pilares por medio de la unión de 4 perfiles angulares creando triangulaciones. De esta manera se consiguen perfiles con mayor inercia y por tanto con mayor resistencia a flexión y menor problema de pandeo sin incrementar su peso propio (figura 4.17).

Además, Atwood, Root y Burnham introdujeron una innovación utilizada aún en las construcciones actuales. En un edificio exento, o semi-exento como éste, al oscilar debido a la acción del viento, los pilares en la fachada de barlovento estarán traccionados frente a los del lado de la succión que estarán comprimidos. El acero es un material muy resistente capaz de soportar fácilmente estas variaciones constantes de tracción y compresión, pero los vidrios de fachada no. Mediante unas placas trapezoidales se separa por primera vez la fachada y su peso de la estructura general del edificio (figura 4.18) [4.11].

Se mantienen dos grades paños macizos de arriostramiento que se colocan estratégicamente en los planos de medianería con los edificios colindantes, de tal forma que no condicionan la configuración espacial ni de la fachada ni de la planta y sirvan de protección anti incendios (figura 4.21).

Poco a poco se van descubriendo las ventajas de las triangulaciones y durante un tiempo se imitaron las estructuras de vigas trianguladas de los puentes del ferrocarril y se colocaron arriostramientos en vertical. Este sistema funcionaba bien para edificios adosados a otros en los que se podía dejar un paño sin ventanas.

Del deseo de diseñar edificios completamente exentos con huecos en todas las fachadas surgió la necesidad de trasladar la estructura independiente de las fachadas y crear un núcleo central rigidizador en el interior de un modo similar al que utilizaron los arquitectos de las pagodas chinas, aunque en éstas tiene una función de resistencia a sismo.

Fig. 4.17. Detalle de uno de los pilares interiores. El autor marca en rojo los perfiles de refuerzo mediante 4 perfiles angulares atornilladas entre sí [4.10]

Peso de la fachada

[4.10] Leslie, Thomas (2019). “Buildings Without Walls:” A Tectonic Case for Two “First” Skyscrapers. CTBUH “First Skyscrapers/Skyscraper Firsts” Symposium. [4.11] Merwood, J. (2001). The mechanization of cladding: The reliance Building and narratives of modern architecture. Grey Room, (4), 53-69. Retrieved from http://www. jstor.org/stable/1262558

Fig. 4.18. Detalle del encuentro entre la fachada y la estructura del Reliance Building. Mediante la placa en voladizo se consigue independizar la fachada de la estructura. Anotaciones propias sobre la imagen de J. M. [4.11]

Fig. 4.19. Fotografía de la construcción del Reliance Building, Chicago, 1894. Foto vía Wikiarquitectura

ESTADO DE LA CUESTIÓN - ACERO

Fig. 4.20. Fotografía del Reliance Building desde la calle State. Vía ArchiTexty 2016.

Reliance Building

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Charles B. Atwood, John Wellborn Root, Daniel Burnham

Chicago, Estados Unidos Hotel

1894 -1895 61.5 m / 202 pies Acero

15

Ladrillo vidriado y vidrio Primer modelo de edificio que separa estructura del cerramiento

Fig. 4.21. Plano de planta baja donde se marcan en rojo los muros de arriostramiento que se colocan estratégicamente en los paños de medianería con los edificios medianeros. Anotación del autor sobre plano extraído del texto de Thomas Leslie [4.10]

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

La arquitectura del 29

A finales de la década de 1920, con la gran depresión financiera de 1929, los arquitectos y promotores de Nueva York se vieron inmersos en una carrera por construir torres cada vez más altas para conseguir el mayor aprovechamiento del suelo. En dicho año, el edificio para el Manhattan Trust iba a ser el edificio más alto del mundo con 282 metros superando al Woolworth Building (241 m), que había ostentado este título desde 1913 [4.12].

Cuando se construyó el Chrysler Building de Nueva York, fue el primer edifico en superar la altura de la torre Eiffel (300 metros) y considerarse el primer mega-rascacielos. Fue el rascacielos más alto del mundo hasta ser superado por el Empire State. Mencionar que el Empire State es el primer edificio calculado con el método de Cross. Antes del cálculo por ordenador con métodos matriciales era el método de cálculo manual de estructuras de pórticos. Antes de el método de Cross se calculaban con tablas de cálculo, hay numerosas publicaciones de Kleinlogel (18771958) con multitud de tablas o con métodos manuales [4.13].

El edifico Chrysler era reflejo de su época. En los años 30, mediante la utilización de distintos metales en el exterior de los edificios se reflejaban, de una manera más o menos poética, las cualidades del automóvil: elegante, moderno, rápido y estiloso. El interior, revestido de mármol africano y cromo, es alarde del poderío económico de los empresarios americanos del momento. El edifico es reflejo también del movimiento Art Decó rematado con una cubierta de acero inoxidable [4.12].

Por ser un edificio mucho más alto que los anteriores y completamente exento, los problemas asociados a la construcción en altura se agravaban. Para maximizar la superficie alquilable de las plantas más bajas abriendo en ellas grandes ventanales se dispuso la estructura concentrada en un núcleo central capaz de soportar las cargas gravitatorias y de arriostrarlo frente al viento (figuras 4.22 y 4.23). Otra de las razones que impulsó la necesidad de tener un núcleo central frente a tener la estructura portante en fachada es que éste fuese capaz de recorrer el edificio desde la base hasta la planta más alta. En 1916 se aprobó en Nueva York una norma que regulaba altura y ocupación de la parcela y obligaba a retranquear la volumetría de los rascacielos según crecían en altura para impedir que éstos quitasen soleamiento y ventilación a los edificios más bajos de su entorno inmediato (figura 4.26) [4.14].

Con más de 20.900 toneladas de acero y 391.881 roblones, es el edificio número 132 más alto del mundo [4.12].

[4.12] Attic, T. (2022). The Chrysler Building and the race to the sky - The Attic. Medium. [4.13] Ruiz, C. M., & Díaz, B. E. (2009). Mecánica de estructuras II. Métodos de análisis (2ª edición). Universidad Politécnica de Cataluña. Iniciativa Digital Politécnica. [4.14] Barr, J. (2019). Revisiting 1916 (part I): The history of new york city’s first zoning resolution - skynomics blog. https://Buildingtheskyline.org/revisiting-1916-i/

Fig. 4.22. Plano de planta de acceso Fig. 4.23. Plano de planta tipo del quinto tramo.

Con ambos planos a la misma escala aproximadamente, el autor marca en rojo cómo la huella del núcleo central que recorre el edificio a lo largo de toda su altura va disminuyendo conforme lo hace la volumetría manteniéndose en el centro de la volumetría Planos de Wikiarquitectura.

Fig. 4.24. Fotografía de la construcción del Chrysler Building, Nueva York, 1928.[4.12]

Fig. 4.25. Fotografía de la parte superior del Chrysler Building. Foto de Adobe Stock.

Fig. 4.26. El autor marca sobre la imagen de reddit.com el núcleo central a lo alto de la torre.

Chrysler Building

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Nueva York, Estados Unidos Oficinas

William van Alen

77

1928 - 1930 319 m / 1048 pies Hormigón y acero

Ladrillo

La espina de 4 metros se construyó a escondidas en tan solo 90 minutos para ser el edificio más alto de la ciudad

Fig. 4.27. Detalle de la estructura del Chrysler Building vía la universidad de Columbia. Se observan Vigas de perfiles tipo I unidas entre sí por roblones. Pilares formados por dos perfiles tipo I reforzados con placas en el alma, unidos entre sí por roblones nuevamente y protegidos del fuego con un compuesto a base de cemento.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Mies y la arquitectura de las posguerras

Entre 1918 y 1945 tuvieron lugar las dos guerras mundiales. Esto tuvo dos grandes impactos en la Arquitectura: por un lado, muchas ciudades quedaron reducidas a escombros y necesitaban ser reconstruidas rápidamente y, por otro lado, quedaron grandes excedentes de acero que los arquitectos de la época como Mies van der Rohe utilizaron para sus edificios.

A finales de la década de los 40, a Mies le encargaron la construcción de dos torres de apartamentos en Chicago, delante de la autopista que bordea el lago Míchigan. Mies planteó un proyecto que supuso la verdadera consagración del denominado “estilo internacional” desarrollado también por otros arquitectos como Walter Gropius o Philip Johnson. Aplicaba los principios básicos del racionalismo y su filosofía de menos es más. Este ejercicio de minimalismo arquitectónico lo culminará más tarde en el proyecto del Seagram Building de Nueva York (1958) [4.15].

La concepción de los Lake Shore Drive Apartments, en adelante LSD, es innovadora en muchos aspectos. Se trata de dos torres de la misma altura y del mismo número de plantas y que están destinadas al mismo uso residencial. No obstante, el espacio interior de cada torre se distribuye de distinta manera de forma que el número de apartamentos resultantes fuese distinto en cada una de ellas. Este proyecto tiene una componente urbanística muy importante que se verá posteriormente también en otros proyectos de Mies como la New National Gallery de Berlín. Mies dispuso las torres perpendicularmente entre sí creando entre ambas un espacio pavimentado en travertino a modo de plaza pública. Pero lo que realmente es interesante de estas torres es el diseño y la modulación de su estructura y cómo ésta se convierte en seña característica del proyecto [4.16].

Para la estructura, Mies establece una retícula portante de acero siguiendo un módulo perfecto y constante de 6,4 metros o 21 pies [4.17]. Los LSD Apartments representan la pura funcionalidad de unos edificios en los que se busca que la luz natural alcance a todos los espacios interiores. El cerramiento se realiza empleando exclusivamente muro cortina sin función portante alguna. Aunque el proyecto parece haber eliminado cualquier elemento ornamental o decorativo superfluo, Mies es criticado ya que los perfiles de acero de la fachada son decorativos, no tienen función, y esto va totalmente en contra de su “menos es más”. Esto es producto del deseo de Mies de expresar la estructura en el exterior.

[4.15] Urbpedia (s.f.) Apartamentos en lake shore drive 860 - urbipedia - archivo de arquitectura. https://www.urbipedia.org/hoja/Apartamentos_en_Lake_Shore_Drive_860 [4.16] Arquitectura y diseño (s. f.) Mies van der rohe (1886-1969): Menos es más. https://www.arquitecturaydiseno.es/creadores/mies-van-der-rohe [4.17] Oh, S. H. (2020). Curtain Wall Façades on the New Generation of Supertall Buildings Present and Future Directions. International Journal of High-Rise Buildings, 9(2), 113–125. https://doi.org/10.21022/IJHRB.2020.9.2.113

Fig. 4.28. Plano de planta baja de Archdaily. Las torres, marcadas en verde por el autor, se disponen perpendicularmente generando un espacio peatonal público entre ellas.

Fig. 4.29. Plano de planta tipo de la torre norte de los LSD Apartments de Archdaily. La estructura y el núcleo, marcados en rojo por el autor, se disponen siguiendo un módulo de 21 pies.

Fig. 4.30. Fotografía de la construcción de los LSD Apartments, Chicago 1949. Foto del archivo de la universidad de Columbia

Fig. 4.31. Fotografía de los Lake Shore Drive apartments desde el suroeste. Extraída de un texto del ayuntamiento de Chicago.

Fig. 4.32. Detalle de la esquina de los LSD Apartments. Por un lado se observan los perfiles tipo I adheridos al exterior de la fachada que expresan la subdivisión del módulo utilizada ocultando la junta de los paneles de vidrio. La función de estos perfiles no es estructural. Para los perfiles que sí lo son Mies recurrió a perfiles tipo H que presentan un mejor comportamiento a las cargas laterales que los tipo I al tener un momento de inercia más parecido en ambos ejes. Para reforzar los pilares aún más, se hormigonaba entorno al pilar consiguiendo una sección mixta aún utilizada hoy en día. De esta forma también se conseguía proteger la estructura frente al fuego. Oh, S. H. (2020) [4.17]

Lake Shore Drive Apartments

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

1948 - 1950 82,3 m / 92 pies 26

Mies van Der Rohe

Chicago, Estados Unidos Residencial

Hormigón y acero

Acero y vidrio Primer edificio con este tipo de estructura de fachada

Fig. 4.33. Sección y alzado de los LSD Apartments de Archdaily. El autor marca en rojo la estructura de pórticos claramente visibles en la fotografía de su construcción (fig. 4.30).

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Sede de las Naciones Unidas en Nueva York

Simultáneamente a los apartamentos de Mies de Chicago, Niemeyer, Le Corbusier y Wallance Harrison construyen en Nueva York el edificio que se convertiría en la sede de la ONU.

Este edificio cambió los patrones que hasta entonces reglaban el diseño de los rascacielos. En primer lugar, por su arquitectura: los arquitectos diseñaron un edifico puro, sin formas, un edificio lineal sin quiebros. Una pura “caja de cerillas”. Sus caras se recubrieron con mármol en los lados cortos y con vidrio en los largos, simbolizando respectivamente el pasado del art decó de la ciudad, que se veían también en el edificio Chrysler, y el futuro con el muro cortina, que cada vez ganaban más importancia en el diseño de estos edificios [4.18]. Este edificio fue el primero en utilizar perfiles extruídos de aluminio para su fachada y dejarlos expuestos. Este es el primer muro cortina propiamente dicho: los perfiles soportan los vidrios. Al igual que en los apartamentos de Mies, estos elementos verticales protegían las juntas de los vidrios a la vez que expresaban en fachada la modulación estructural de la planta.

En segundo lugar, este proyecto fue revolucionario en su concepción por cómo se integraron los servicios mecánicos del edificio. Para un edifico de tales dimensiones, los aparatos de aire acondicionado no podían instalarse únicamente en la cubierta de la torre. Los arquitectos introdujeron tres plantas mecánicas a distintas alturas de la torre. Al tratarse de una caja de vidrio, ¿cómo cerramos estos espacios para que las máquinas no sean visibles desde el exterior? Estas plantas sustituyen el cerramiento de vidrio por una piel a modo de pantalla exterior de elementos modulares prefabricados de aluminio. Los arquitectos podían haber optado por disimular la existencia de estas plantas mediante la utilización de vidrios opacos que imitasen el color de los vidrios transparentes y desde fuera no se habría notado la diferencia, pero decidieron exaltar su presencia pues lo consideraban un símbolo de modernidad [4.19].

Los muros cortina cada vez eran más solicitados por los clientes por la cantidad de luz natural que dejan pasar permitiendo abrir paños de suelo a techo frente a las ventanas convencionales. Sin embargo, los grandes paños de vidrio tienen asociado un gran problema: cómo controlar la radiación solar. Otra de las características por las que este edificio fue revolucionario es por la utilización de un vidrio capaz de controlar la entrada de sol.

Esta novedad fue posiblemente incluida por Le Corbusier, que ya se había enfrentado, sin éxito, al problema del efecto del sol en fachadas de vidrio en proyectos anteriores.

[4.18] Sede de la ONU en Nueva York - ficha, fotos y planos. https://es.wikiarquitectura.com/edificio/sede-de-la-onu-en-nueva-york/ [4.19] The Skyscraper Center. (s.f.). https://www.skyscrapercenter.com/building/unitednations-secretariat-building/3737

Fig. 4.34. Detalle del encuentro de fachada de vidrio y la estructura de acero. Se aprecian los perfiles metálicos recubiertos de hormigón y también los sistemas de climatización, tan importantes en un edificio de estas características. Oh, S. H. (2020) [4.17]

Fig. 4.35. Alzado de la fachada en la que quedan exaltadas las plantas mecánicas. Vía CTBUH

Hormigón y acero

Fig. 4.37. Fotografía de la instalación de la fachada tomada durante la restauración del 2015 en la que se ve cómo la estructura y la fachada son completamente independientes. Foto vía https://heintges.com

Fig. 4.38. Porción de la fachada original en la que se ven los montantes portantes de aluminio por el exterior de los vidrios. MoMA.com

Fig. 4.36. Fotografía del el edificio de la ONU desde el East River de Nueva York. Foto de Nathaniel Lindsey vía CTBUH

LA CONSTRUCCIÓN DEL

EDIFICIO EN ALTURA

Aunque el desarrollo del muro cortina fuese estudiado muy en profundidad durante los años cincuenta con el movimiento del denominado “estilo moderno”, un concepto similar se había utilizado ya en dos proyectos significativos: la Ciudad Refugio del Ejército de Salvación, en París, y el proyecto del Ministerio de Educación, en Río de Janeiro, que diseñarían Niemeyer y Lucio Costa, y en el que colaboró Le Corbusier.

Para el proyecto de París, Le Corbusier diseñó en 1929 un edificio lineal destinado a los servicios generales de la asociación “Ejército de Salvación” y como alojamiento para unas 500 personas. El edificio tiene una estructura de hormigón armado y resuelve las fachadas mediante paneles de vidrio. Por los problemas que presenta el vidrio a su exposición directa al sol, en proyecto, Le Corbusier planteó utilizar una doble fachada de vidrio para la cara sur. En ejecución, por temas de presupuesto, se decidió no poner este segundo plano y el resultado fue catastrófico. El arquitecto fue demandado por los usuarios alegando que el espacio era inhabitable por el calor que hacía [4.20].

- Palacio Gustavo campanema

Unos años más tarde, Le Corbusier es invitado a colaborar en un proyecto en la ciudad de Río de Janeiro de unas características similares. Se trataba de un edificio de oficinas nuevamente con sus lados largos paralelos al eje norte-sur. Los arquitectos brasileños querían resolver las fachadas con paneles de vidrio. No había problema en la cara sur, puesto que, por estar en el hemisferio sur, esta fachada recibe la luz indirecta. Sin embargo, en la cara norte, Le Corbusier sugiere la idea del “brise-soleils”, (ver figura 4.44) [4.21] técnica que ya había ensayado en un proyecto en Argel. Este sistema permite controlar el nivel de luz solar que incide en el interior del edificio por medio de elementos pivotantes.

Aunque este edifico es quizás el primero en utilizar con éxito una fachada completamente de paños de vidrio, deberíamos denominarla “fachada panel” en vez de “muro cortina” ya que ésta va apoyada de forjado a forjado en vez de colgada, como una cortina.

Fig. 4.39. Estado final del proyecto de la Ciudad Refugio de París. Vía Urbipedia.

[4.20] Mengual Muñoz, Alberto y M. B. Iñaqui (s.f.) Ciudad refugio del ejército de salvación

https://www.urbipedia.org/hoja/Ciudad_Refugio_del_Ejercito_de_Salvacion

[4.21] Mengual Muñoz, Alberto y M. B. Iñaqui (s.f.) Palacio Gustavo Capanema https://www.urbipedia.org/hoja/Palacio_Gustavo_Capanema

Fig. 4.40. Fotografía de la fachada sur del Ministerio de Educación en la que se ve el vidrio apoyado de forjado a forjado. Vía Urbipedia.

Fig.

4.41. Fotografía de la fachada norte del Ministerio de Educación en la que se ven los elementos del “brise-soleils”. Vía Urbipedia.

ESTADO DE LA CUESTIÓN - ACERO

Fig. 4.42. Fotografía del Reliance Building desde la calle State. Vía Urbipedia.

Palacio Gustavo CampanemaMinisterio de Educación

Río De Janeiro, Brasil

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Oscar Niemeyer y Lucio Costa y Le Corbusier

17

Oficinas

1936 - 1943 60 m / 92 pies Hormigón armado

Hormigón y vidrio Muro cortina apoyado de forjado a forjado

Fig. 4.44. Diagrama del funcionamiento del “brise-soleils” a lo largo del día. Elaboración propia.

Fig. 4.43. Sección transversal del Ministerio de Educación vía Urbipedia. El autor marca en rojo cómo nuevamente un núcleo central rigidiza la estructura.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Desarrollo del Estilo Internacional

- Lever house

Para hablar de muros cortina propiamente dichos, hay que volver a la década de los 50 a Estados Unidos donde el estudio Skidmore, Owings and Merril (SOM) está construyendo un nuevo rascacielos de vidrio, la Lever House.

Fue uno de los primeros edificios de Estados Unidos asociados con el estilo internacional. Construido al mismo tiempo que los LSD Apartments de Mies van der Rohe de Chicago y, al igual que el edificio Chrysler, son reflejo de su época. Después de las guerras mundiales, el precio de los materiales se había disparado y se buscaba reducir la construcción de los edificios a los elementos más indispensables: acero para la estructura y vidrio para los cerramientos. La Lever House es estructuralmente similar al Chrysler, tiene un núcleo central de hormigón y el resto de la estructura se resuelve por medio de perfiles metálicos, pero se eliminan los elementos superfluos del Art Decó que éste presentaba, como las gárgolas. Situado en el centro de Manhattan, esta perfecta caja de vidrio, construida en algo más de un año, está en frente del edificio Seagram de Mies. “Fue un edificio que rompió radicalmente con la socialmente aceptada idea de que un edificio tan alto debía ser pesado” - explicaba Chris Cooper, socio de SOM [4.22].

Tiene bastante en común con los LSD Apartments y con la sede de la ONU pero, a diferencia de éstos, los pilares de la Lever House no están en las esquinas. Esto tiene beneficios como que permite hacer que los espacios parezcan más grandes ya que sus fachadas no quedan enmarcadas por pilares. Además, tuvo la gran ventaja estructural de que creaba voladizos.

En estructuras metálicas es especialmente aconsejable tener una parte del forjado volada ya que la parte que vuela ayuda a disminuir el momento en la cabeza del pilar y, por consiguiente, el momento en el centro del vano. Esto significa que se pueden utilizar perfiles estructurales más pequeños y así conseguir una altura libre de suelo a techo algo mayor.

No tener un perfil estructural en las esquinas permitió realizar otro tipo de juntas por el exterior. SOM empleó montantes de acero inoxidable extruído mucho más ligeros que los perfiles utilizados por ejemplo en los LSD Apartments de Mies en Chicago.

Fig. 4.45. Detalles de los encuentros entre dos paños de vidrio en las esquinas (arriba) y en los lados de la fachada (abajo) [4.17]

Fig. 4.46. Fotografía de la construcción de la Lever House en la que se ven los voladizos ya terminados y la fachada empezando a colocarse sobre la cara de los forjados. Vía Archdaily.

[4.22]

AD classics: AD classics: Lever house / SOM. (2010). https://www.archdaily. com/61162/adclassics-lever-house-skidmore-owings-merrill [4.23] The new lever house - gawon shin. Retrieved from https://cargocollective.com/ gawonshin/The-New-Lever-House

Fig. 4.47. Imagen aérea del estado final de la Lever House tras su última restauración que está teninedo lugar desde inicios de este año 2022. Vía SOM [4.23].

Lever House

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Nueva York, Estados Unidos Residencial / oficinas

Skidmore, Owings & Merrill (SOM)

21

1951 - 1952 94 m / 307 pies Hormigón y acero

Vidrio

En 1990, hubo que restaurar el 90% de los vidrios después de que la corrosión reventara la perfilería

Fig. 4.48. De izquierda a derecha, sección transversal norte - sur miramdo al oeste, alzado este y planta tipo. Vía Architectural Digest. El autor marca en rojo los pilares. En la planta se ve que el núcleo rigidizador ha desaparecido y ahora se revulve con cuatro pilares en las esquinas del recinto de los ascensores

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

- Seagram Building

Una manzana al sur de la Lever House, Mies construía dos años más tarde el edificio Seagram, su único proyecto en la ciudad.

De una manera muy similar a los apartamentos de Chicago, Mies levanta la torre del nivel de la calle permitiendo así crear un espacio público en su base. Era su forma de devolver a la ciudad parte del espacio que tomaban de ella sus edificios y así poder hacer partícipe de su arquitectura al transeúnte que pasa por el edificio pero que no se detiene ni entra en él.

Como la mayoría de los edificios de la época, se construyó con esqueleto de acero desde el que se colgaban muros cortina de vidrio no estructurales. Mies hubiera preferido que la estructura de acero quedase vista; sin embargo, el código americano, al igual que el español, requiere que los elementos estructurales del interior queden recubiertos con material ignífugo. El hormigón ocultaba la estructura del edificio – justo lo que Mies quería evitar – así que utilizó perfiles de bronce no estructurales para sugerir la estructura desde el exterior, donde estos quedaban visibles a modo de montantes de los vidrios. El proyecto utilizó 1.500 toneladas de bronce en su construcción [4.24].

Otra característica interesante del Seagram es el tipo de cortinas o estores que tiene. Mies quería que el edificio tuviera un aspecto uniforme. Detestaba el orden irregular que se producía en las fachadas de otros edificios cuando los usuarios bajaban las cortinas de las ventanas. Inevitablemente, la gente usando diferentes ventanas bajaría los estores hasta una posición distinta, todas distintas, haciendo que el edificio pareciese desordenado. Mies especificó un único tipo de cortinas que se podían poner que solo se podían fijar en tres posiciones – arriba, abajo o en el centro – para reducir al mínimo la posibilidad de que se produjese este tipo de desorden.

La estructura combina núcleo de hormigón armado en las 17 primeras plantas y una estructura por diagonales de acero de la planta 17 hasta la 38. El objetivo es controlar el desplome de la torre. Las pantallas se deforman menos en el arranque y los pórticos, con o sin arriostramiento, menos en cabeza. Para aprovechar la ventaja de ambas soluciones se dispone la pantalla sólo en las plantas inferiores. Según Severud Associates, los consultores estructurales, fue el primer edificio en altura con conexiones atornilladas de alta resistencia y también el primero en combinar estructura rigidizadora de acero y hormigón superpuestas [4.25].

[4.24] Wikiarquitectura (s.f. )Seagram Building - data, photos & plans. [4.25] Moon, K. S. (2018). Dynamic Interrelationship between the Evolution of Structural Systems and Façade Design in Tall Buildings: From the Home Insurance Building in Chicago to the Present. International Journal of High-Rise Buildings, 7(1), 1–16. https://doi.org/10.21022/IJHRB.2018.7.1.1

Fig. 4.49. Plano de planta baja [4.25]. El autor marca la posición de la torre en verde y en rojo las pantallas rigidizadoras del núcleo

Fig. 4.50. Esquema comparativo de la relación entre los sistemas estructurales perimetrales y el diseño de la fachada de los LSD Apartments y el edificio Seagram [4.25]

Fig. 4.51. Foto de la construcción del edificio Seagram de Nueva York, 1957. Vía archeyes

Seagram Building

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Mies van Der Rohe

1954 - 1958 157 m / 516 pies

38

Nueva York, Estados Unidos Oficinas

Hormigón y acero

Bronce + vidrio Los montantes de bronce de la fachada son completamente decorativos

Fig. 4.53. Detalle de la esquina de la fachada en el que se ve la modulación rigurosa y cómo se resuelve el problema de la esquina. A diferencia de los LSD Apartments y de una manera más similar a la Lever House, el montante del ultimo vidrio de cada fachada es el que conforma directamente la esquina. Ilustración de Ruben Cuena

Fig. 4.52. Fotografía del edificio Seagram. Vía Wikiarquitectura

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Nuevo sistema estructural: Centro John Hancock

De acuerdo con lo que Mies perseguía, SOM construía, en 1965, fuera de la ciudad de Nueva York, la torre más alta del mundo por aquel entonces, el centro Hancock en Chicago, una torre en la que la estructura portante queda expuesta en la fachada.

En el diseño de rascacielos, como ya se ha mencionado con anterioridad, el factor que determina el diseño en el mayor de los casos son las cargas laterales. Fazlur Khan (19291982), ingeniero responsable del diseño de la Hancock, llegó a la conclusión de que la cantidad de estructura adicional que los rascacielos necesitan para soportar las cargas de viento además de las gravitatorias, la que él llamaba “estructura premium”, no es directamente proporcional a su altura, y que cada rango de alturas requería de un tipo distinto de solución estructural. Khan reconocía que, para reducir la cantidad de “estructura premium” en una torre de este tipo de más de 60 alturas, había que recurrir a un sistema tipo tubo en el que el núcleo central y los pilares del perímetro trabajan conjuntamente [4.27]. Khan ya había probado esta solución en hormigón en otro proyecto en Chicago y propuso la idea de hacerlo en acero esta vez. En un primer predimensionado, una estructura de estas características en acero resultaba muy costosa. Debían buscar un método más eficiente. El resultado es un sistema estructural conocido como “diagrid” en el que los soportes exteriores se cosen entre sí mediante diagonales por la cara exterior de los planos de cerramiento. Este sistema es capaz de, rápidamente, conducir las cargas a los soportes de las esquinas por medio de arriostramientos que utilizan todo el ancho del edificio en un ángulo óptimo de 45º. Se conseguían por este método unos resultados un 70% mejores que con una estructura tipo tubular convencional, afirma SOM. Al mismo tiempo, al sacar la estructura principal al exterior, se pudieron aligerar los elementos estructurales de los forjados pudiendo conseguir alturas libres de planta de hasta 30 centímetros más altas [4.28].

Con estas innovaciones arquitectónicas, estructurales y programáticas, la torre Hancock se sitúa en el puesto 79 de la lista de edificios más altos del mundo y en el puesto número 5 de la ciudad de Chicago [2.5].

Este sistema se ha utilizado y desarrollado en numerosos proyectos como en el de la sede del banco HSBC construida por Foster + Partners en 1986 en Hong Kong, en la que la arquitectura parece literalmente descolgada de la estructura que queda vista.

[4.27] Department of Civil and Environmental Engineering - Princeton University (2011) Fazlur Khan. Structural artist of urban buildings form [4.28] Leslie, T. (2013). Chicago Scrapers 1871-1934. Urbana, Chicago and Springfield: University of Illinois Press.

Fig. 4.54. Planos de plantas tipo según su uso. El núcleo central se mantiene continuo en todo su recorrido. Gracias a la inclinacion de sus fachadas, la torre alojar los distintos programas y sus diferentes tamaños de planta necesarios sin tener que recurrir a retranqueos.

Fig. 4.55. Dibujos de la fachada de la torre HSBC de Hong Kong, 1986. Vía Foster + Parteners. El autor marca sobre ellas los elementos comprimidos en azul y los traccionados en rojo

ESTADO DE LA CUESTIÓN - ACERO

Fig. 4.56. Fotografía daérea del Hancock Center de Chicago desde el suroeste.

Fig. 4.57. Diagrama del comportamiento estructural del esqueleto de la torre Hancock frente a las cargas laterales de viento. Elaboración propia

John Hancock Center

Chicago, Estados Unidos

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Skidmore, Owings & Merrill (SOM)

1965 - 1969 344 m / 1,128 pies

100

Oficina / residencial / hotel

Acero

Vidrio y aluminio

Al construir la planta 22 se detienen las obras porque se observaban ya los asientos previstos para todo el edificio.

Fig. 4.58. Esquema comparativo de la relación entre los sistemas estructurales perimetrales y el diseño de la fachada de los LSD Apartments, DeWitt-Chestnut Apartment, Aon Center y World Trade Center. Estructura tipo “tubo” [4.25]

Fig. 4.59. Esquema comparativo de la relación entre los sistemas estructurales diagrid de la torre Hancock y la torre Hearst de Nueva York [4.25]

Estado de la cuestión introducción hierro acero hormigón armado madera

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

El hormigón armado como sustituto del acero

De forma paralela al desarrollo de las estructuras de acero en edificios en altura, se venían también desarrollando, desde 1945, sistemas basados en hormigón.

La primera forma en la que el hormigón fue utilizado en la construcción de edificios en altura fue mediante la introducción de pantallas rigidizadoras para resistir las cargas laterales resultantes de vientos y posibles movimientos sísmicos. Estos muros actuaban como grandes vigas en voladizo, estrechas y de mucho canto.

De una manera igualmente importante, un poco más tarde, se popularizó la introducción de pilares en el perímetro dando lugar a las estructuras de tubo o tubo perforado. Este sistema se veía de forma análoga en el John Hancock Center de Chicago. Las cargas laterales se resistían gracias a un ritmo de soportes muy denso que se conectaban al núcleo central mediante la estructura del forjado. Se daba robustez al tubo central con un segundo orden de soportes a lo largo de su perímetro o mediante gruesas pantallas a modo de muro de carga.

Las torres gemelas del World Trade Center de Nueva York fueron unas de las primeras estructuras de grandes dimensiones en ser construidas en su totalidad en acero utilizando este sistema estructural conocido como “tube-in-tube”

Comportamiento ante el fuego

Uno de los principales problemas de las estructuras de acero y en el que nos centraremos ahora, es su comportamiento ante al fuego. Desde el Home Insurance Building hemos visto cómo los edificios de acero protegían su estructura mediante el uso de ladrillos o materiales pétreos hasta llegar a los edificios de vidrio y acero en los que la estructura quedaba inmersa en el hormigón que actuaba doblemente como material estructural e ignífugo de protección.

Entre las diferentes teorías asociadas al desplome de las torres en septiembre del 2001, se ha admitido como razón real la que fija el foco precisamente en este factor: el fuego. Según el informe final del National Institute of Standards and Technology (NIST), el motivo principal del colapso de la estructura de ambas torres no fue el impacto de los aviones sino el incendio consiguiente debido a la inflamación de los 90,000 litros de combustible con los que estaban cargados los aviones [5.1].

Fig. 5.1. Esquema de tipos estructurales en altura desarrollados por Fazlur Khan para sistemas estructurales de acero [1.1].

Fig. 5.2. Esquema de distintas alternativas del sistema estructural tipo tubo desarrollados por Fazlur Khan para sistemas estructurales de acero.

Fig. 5.3. Fotografía dela torre norte tras el impacto del avión

YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=TncEsiTGHys&feature=youtu.be

[5.1] González Collado, María José (2017) Desplome constructivo: World Trade Center [5.2] Kurman Communications, Inc. (2011, September 27). SECB certified structural engineer Ron Hamburger discusses World Trade Center collapse [Video].

Fig. 5.4. Esquema de las fases del desplome de las torres. En la fase (a) el avión impacta contra la torre, en las fases (b) y (c) la estructura de las plantas afectadas por el impacto va fallando hasta producirse un colapso parcial en la fase (d), y el colapso total en las fases (e) y (f).

ARMADO

Según afirma Ronald Hamburguer [5.2], uno de los ingenieros contratados para hacer un análisis postmortem del desastre, las torres aguantaron en un primer momento tras los impactos debido al diseño redundante de la estructura. Las torres se diseñaron para que, si un sistema fallaba, el resto de la estructura pudiese soportar la redistribución de cargas. Para lo que no estaban preparadas fue para resistir los más de 250ºC que se alcanzaron en las plantas donde se produjeron los impactos. El acero es un material conductor térmico y por ello las plantas superiores e inferiores al impacto sufren el aumento de la temperatura y por tanto la pérdida de resistencia. Cuando el acero se calienta a estas temperaturas, no llega a fundirse, pero sí pierde prácticamente toda su rigidez. En poco tiempo, las plantas que habían quedado por encima de donde impactaron los aviones se volvieron demasiado pesadas para ser soportadas por los soportes que habían quedado dañados y, en cuestión de poco más de 10 segundos, las torres colapsaron irremediablemente .

A pesar de ello, los códigos de la edificación no han cambiado demasiado con el objetivo de preparar los edificios para eventos de esta magnitud debido a la tan baja probabilidad que existe de que estos sucesos ocurran. La normativa indica que la estructura debe resistir acciones gravitatorias, sobrecargas (vinto o nieve) accidéntales (sismo o incendio no intencionado) pero no acciones fortuitas como el choque accidental de un camión o el intencionado de un avíon. En poco más de veinte años desde estos atentados, más de nueve mil rascacielos se han construido en el mundo y aunque resistir el impacto de un avión no forma parte de la normativa, los edificios actuales son mucho más resistentes de lo que las torres gemelas fueron en su día. La razón es que, en vez de utilizar solo acero como material estructural, ahora los rascacielos se resuelven con hormigón armado prácticamente en su totalidad. No solo el hormigón armado es hasta diez veces más resistente al fuego que el acero sino que, además, permite construir muros esbeltos de hasta noventa centímetros de espesor por cuatro o cinco metros de altura, como es el caso del nuevo WTC, y depender solo de soportes en el perímetro espaciados en algunos casos hasta nueve metros. Por problemas de pandeo esto no sería posible en estructura de acero.

En los rascacielos residenciales, donde la altura de suelo a techo está más ajustada que en las torres de oficinas, por ejemplo, otro de los beneficios de la construcción en hormigón armado frente al acero, es que con forjados de hormigón se pueden conseguir forjados con el canto estricto de la estructura y de acabado listo a ambos lados, superior e inferior. Esto permite reducir considerablemente la altura total de los edificios.

La separación definitiva entre la fachada y la estructura que tanto se buscaba desde el inicio del movimiento moderno se consigue con la proliferación de las estructuras de hormigón armado.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Desde la construcción del Home Insurance Building en 1885, se han utilizado estructuras de hormigón que se han ido refinando según avanzaba la técnica y se conocían mejor las propiedades de los materiales. Con el tiempo se fueron dejando de lado los muros de materiales pétreos o de ladrillo y se sustituyeron por arriostramientos por diagonales metálicas. Con la llegada del movimiento moderno, después de las grandes guerras, se lleva la construcción de edificios a los mínimos imprescindibles. Los arquitectos se dan cuenta de la enorme ventaja que presentaba combinar o reforzar las estructuras eclécticas de acero con hormigón. En otro ámbito de la edificación Ernest Leslie Ransome (1844-1917) elaboró una patente de hormigón armado y, en 1902, cuando uno de los edificios que construyó sufrió un incendio y el acero y el hierro se derritieron pero el edificio no colapsó, fue un incentivo para el uso de este material, aunque tardaría en incorporarse a la construcción de edificios en altura por la complejidad técnica que suponía [5.3].

El rascacielos moderno. El Burj Khalifa

Con la construcción del Burj Khalifa, el estudio SOM vuelve a redefinir lo que significa la edificación en altura. Combinando todos los avances de la tecnología, son capaces de diseñar un edificio que desafía todas las ideas preconcebidas y los límites - o los que se consideraban límites hasta ese momento - de la construcción en altura.

Se trata de una estructura de espina de pez con núcleo central triangular realizada íntegramente en hormigón armado. La fachada se resuelve mediante muro cortina de un vidrio laminado multicapa con hasta dos capas de protección solar para conseguir el mayor confort interior [5.4].

Dada su altura y su gran esbeltez, optan por una planta de tipo trípode por sus numerosas ventajas. Por un lado, no solo resiste los empujes de viento de la mejor manera posible, desviándolos de las fachadas del edificio del mismo modo que los cascos de los barcos cortan las olas, sino que, además, gracias a los ángulos de los brazos, consigue la mayor exposición para los ventanales evitando así que unas alas de la planta miren directamente sobre otras.

De manera similar a lo que se hacía en los rascacielos predecesores de Nueva York, el edificio va disminuyendo su volumetría al ir incrementando su altura, pero esta vez no es para evitar obstruir el soleamiento de otros edificios próximos sino para conseguir un mejor comportamiento en los túneles de viento.

[5.3] Valenzuela, Armando (2015) Las patentes de hormigón armado. Del gran negocio al gran desarrollo tecnológicvco. Los Antecedentes del movimiento moderno https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/5094560.pdf

[5.4] Burj khalifa curtain wall. Retrieved from https://www.architectmagazine.com/projectgallery/burj-khalifa-curtainwall-744

Fig. 5.5. Detalles constructivos de la fachada del Burj Khalifa donde se ve cómo mediante aletas verticales se protege la junta de los vidrios para así evitar sus desprendimientos a causa del viento [5.4]

Fig. 5.6. Fotografía de la construcción en hormigón armado del Burj Khalifa. Vía CTBUH.

ESTADO DE LA CUESTIÓN - HORMIGÓN ARMADO

Fig. 5.7. Fotografía Aérea del Burj Khalifa, Emiratos Árabes Unidos, 2010. Adobe Stock.

Fig. 5.8. Dibujo del CTBUH sobre el que el autor marca en rojo la variación del núcleo central a lo alto de la torre

Burj Khalifa

Dubai, Emiratos Árabes Unidos

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

Skidmore, Owings & Merrill (SOM)

163

Oficina / residencial / hotel

2004 - 2010 828 m / 2,717 pies Hormigón armado

Vidrio y aluminio Descansa sobre 194 pilotes de 1.5 metros de diámetro y 43 metros de longitud cada uno

Fig. 5.9. Plano de una de las plantas tipo vía J. M. Hernández Hernández. Sobre ella, el autor marca en rojo la configuración del núcleo y la estructura en forma de espina de pez que rigidiza las tres alas

Millie on Michigan Avenue

Otro ejemplo de la construcción de un rascacielos en hormigón es la torre que diseñó la firma bKL y que recientemente han completado en Chicago.

Se trata de una torre de 47 plantas que combina una parte residencial en la parte superior (azul), otra de micro-hotel (amarillo) y que acomoda un gran espacio comercial en sus dos plantas inferiores (naranja).

El principal reto que tuvo que afrontar el equipo de diseño fue el de cómo acomodar un módulo estructural que fuera eficiente tanto para las luces pequeñas de las plantas residenciales y de hotel, pero que al mismo tiempo fuese capaz de permitir tener una planta más abierta en los locales comerciales inferiores. La solución fue introducir una gran cercha de cordones paralelos construida en hormigón en el punto de conexión de los dos tipos de programas y así poder pasar de tres vanos en la parte superior a dos vanos en la parte inferior.

La fachada se resuelve mediante paneles de muro cortina de vidrio laminado que varían en sus capas para conseguir diferentes acabados según su posición. La fachada incorpora hasta 7 tipos de vidrio distinto entre las que se incluyen vidrios opacos, para cubrir el canto del forjado, hasta vidrios extra claros, pasando por vidrios espejados, para conseguir mayor privacidad en las zonas de las habitaciones [5.5].

Además, la modulación de la fachada también varía en función del programa, utilizando paneles cada vez más estrechos conforme asciende la torre con el fin de hacer parecer la torre aún más esbelta.

Fig. 5.10. Diagrama de bKL del programa de la torre y del esquema de la estructura de los dos primeros pórticos desde Michan Ave.

Fig. 5.11. Fotografía de bKL de la construción de las primeras plantas sobre rasante.

Fig. 5.12. Detalles de bKL de la fachada donde se pueden ver los diferentes tipos de vidrio en distinto tonos de grises. En la sección se aprecia cómo el muro “cortina” se apoya de forjado a forjado. Por denlante del canto del forjado se pasa un vidrio de menor espesor que, aunque es opaco gracias a la introducción de una lámina cerámica en el lado interior del vidrio laminado, se iguala el color del tono de los vidrios transparentes ofreciendo una imagen continua a la torre.

[5.5] bKL Architecture (2022). 300 N. Michigan Chicago. https://bklarchitecture.com/projects/300-n-michigan/

Fig. 5.13. Fotografía personal de la torre a punto de ser terminada

Fig. 5.14. Fotografía de bKL del pódium de la torre

Fig. 5.15. Diagrama de bKL del recorrido de las cargas verticales pasando de 3 a 2 vanos

Chicago, Estados Unidos

bKL Architecture

47

Residencial, hotel

2020 - 2022 157.6 m / 517 pies Hormigón armado

Vidrio y aluminio Una cercha de hormigón permite ampliar las luces en planta baja

Fig. 5.16. Detalle de bKL de las dos cerchas y su relación con los forjados. Los cordones horizontales quedan embebidos en los fordos y actúan como viga de borde.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Fachadas de doble piel

El diseño de las oficinas centrales de la compañía de robótica UBTECH, en la provincia china de Shenzhen, está basada en la integración de tecnología y naturaleza.

En los 210 metros de altura de la torre, hay un despliegue innovador de estructura y jardines que permiten que todas las plantas puedan tener una conexión interactiva con la naturaleza, una que inspire a los usuarios de una manera única.

La integración de la naturaleza en el edificio ha sido conceptualizada alrededor de los “ancianos inmortales” de la cultura china. Estos ocho inmortales personifican las características esenciales de fortuna y fortaleza chinas. En la torre hay ocho jardines, cada uno representando las cualidades únicas y esenciales de estos 8 inmortales [5.6].

Los diferentes componentes del edificio se conectan por un expresivo e integrado entramado estructural. El diseño de la torre y el singular emplazamiento de los sistemas de comunicación vertical permiten crear una planta abierta, expansiva y multiusos. El esqueleto perimetral no solo proporciona una eficiente aproximación a la estructura, sino que se convierte en el principal elemento de conexión del edificio.

Complementando la estructura del edificio, la volumetría de la torre está ligada entre sí mediante una doble piel de aletas cerámicas que recorren el edificio verticalmente. Esta pantalla exterior aporta una aproximación polifacética a la sostenibilidad del diseño del proyecto integrando un control solar adaptable por medio de tecnología robótica y unos sistemas mecánicos sostenibles. Esta membrana también proporciona la posibilidad de recolectar el agua de lluvia dotando a la torre de un sistema que le permite reducir el consumo de agua integrando un sistema de recogida de agua que permite reutilizarla para el riego de las zonas ajardinadas, las denominadas aguas grises.

Las oficinas centrales de UBTECH son una verdadera representación de innovación en el diseño de rascacielos. El edificio establece una serie de nuevos estándares para los espacios de trabajo del futuro.

[5.6] bKL Architecture. (2022). UBTECH Headquarters Shenzhen. https://bklarchitecture.com/projects/ubtech-headquarters/

Fig. 5.18. Fotografía de bKL de la construcción de la torre en la que se ve aún expuesta la estructura de hormigón armado antes de ser recubierta por los paneles de aluminio

Fig. 5.17. Render de bKL de uno de los jardines integrados a lo alto de la torre

UBTECH Headquarters

Shenzhen, China

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nº de plantas

Nombre Material de fachada Singularidad

bKL Architecture

41

Oficina

2020 - Presente 212 m / 696 pies Hormigón armado

Vidrio + cerámica Consta de una doble piel exterior de aletas cerámicas orientables

Fig. 5.19. Render de bKL el estado final de las ofinas centrales de UBTECH, Shenzhen

Estado de la cuestión introducción hierro acero hormigón armado madera

Construcción en altura con madera

Tras los incendios de Londres (1666), Chicago (1871) Y S. Francisco (1906), la madera llegó muy desprestigiada al S XX. Esto, junto con la falta de desarrollo tecnológico en la producción de madera, hizo que se relegara su uso dando paso al acero y al hormigón.

Los recientes avances tecnológicos sobre la resistencia a fuego de la madera, con piezas de grandes dimensiones, junto a la tecnología de producción de maderas laminadas, contra laminadas, etc. favorecen su uso, unido a que es un material que no sólo no produce CO2 en su fabricación sino que lo almacena en los productos de madera mientras están en uso [6.1].

En un estudio realizado por el CTBUH en febrero del 2022 titulado “The State of Tall Timber: A Global Audit” [6.2] se analiza esta nueva técnica de la comparación de edificios propuestos, en construcción o ya terminados, que se han construido total o parcialmente con madera estructural. Como afirman en el estudio, en febrero de 2022 existían en el mundo 139 edificios construidos en madera de 8 alturas o más que se encuentran en alguna de las fases mostradas en la figura 6.1.

La función predominante a la que se destinan este tipo de edificios ha sido residencial/hotel con un 69%, seguidos del uso de oficinas 19%, y edificios institucionales, 2%. Esto guarda relación con los beneficios de este tipo de material. Por un lado, en cuanto a los acabados que se pueden conseguir, la estructura celular de los paneles de la madera tiene una escala acorde con el tamaño a veces muy reducido de las habitaciones de hotel o de edificios residenciales. Por otro lado, en cuanto a estructura, las alturas de este tipo de edificios coinciden con las alturas máximas de la construcción en madera.

[6.1]

the art [6.2]

Número de edificios

TodomaderaHormigón-madera Hormigón-acero-maderaAcero-madera

AceroMadera

Fig. 6.1. Edificios según fase de construcción y sus materiales. Elaboración propia según datos del CTBUH

Fig. 6.24. Número de edificios completados por cada año en función de los materiales estructurales. Elaboración propia según datos del CTBUH

B. Orta, J.E. Martínez-Gayá, J. Cervera, J.R. Aira (2020) Timber high rise, state of

Daniel Safarik, Jacob Elbrecht, William Miranda (2022) State of Tall Timber 2022

Además, está demostrado que la presencia de madera en nuestros entornos de vida tiene un fuerte efecto psicológico positivo en las personas, más allá de sus cualidades meramente físicas asociadas al confort termoacústico, según aparece en el trabajo realizado desde el Departament of Wood Science de la Universidad de British Columbia, con publicaciones como “An analysis of interior wood products and their psychological impact” (Rice, Jennifer, 2004).

Según los continentes donde se han construido

Como lugar donde se encuentran los bosques controlados más antiguos y con algunas de las legislaciones más estrictas en cuanto a su conservación, no sorprende que sea Europa la cuna de la tecnología de la construcción en madera y que sea en ella donde se encuentre el mayor número de estas construcciones en altura, el 71%. Europa es, a su vez, el mayor exportador mundial de madera destinada a este uso.

Según sus materiales estructurales

Al realizar el estudio, se determinó que era igualmente importante definir el material estructural de cada uno de los edificios que se estudiaron. Las categorías son las siguientes: todo de madera, híbrido de hormigón y madera, híbrido de hormigón, madera y acero, e híbrido de madera y acero. Al hacer un análisis cruzado entre estas categorías, la primera conclusión que se obtiene es que el mayor grupo de edificios, 37 de los 84 estudiados, habían sido construidos con estructura toda de madera, seguidos por las de madera y hormigón, madera, acero y hormigón, y finalmente acero y madera únicamente. A primera vista, esto puede parecer sorprendente ya que se tiende a pensar que por la ligereza de la madera frente a otros sistemas, este sería un impedimento para construir tan alto (hasta 18 plantas) y que alguna de las soluciones híbridas habría sido mejor.

Según sus sistemas estructurales

Cada una de estas categorías de materiales estructurales se puede subdividir en los diferentes sistemas estructurales utilizados. Se pueden agrupar en tres tipos: muros portantes, sistemas de pórticos o sistemas modulares de elementos prefabricados. Fig. 6.3. Edificios por alturas y materiales. Elaboración propia según datos del CTBUH

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

El futuro de los rascacielos

En este trabajo, se introducen los avances aportados por el Mjøstårnet en esta primera parte para después desarrollarlo más en profundidad como uno de los casos de estudio. A pesar de no ser el edificio más alto del mundo construido con madera, sí que es el más alto en ser únicamente de madera.

El Mjøstårnet se encuentra en una pequeña localidad al norte de Oslo. Es una construcción aislada al borde del lago Mjøsa del que recibe su nombre. En noruego, Mjøstårnet significa “La torre del lago Mjøsa”.

El Mjøstårnet es un claro ejemplo de que la construcción a base de recursos locales, proveedores del lugar y materiales sostenibles de madera no está ligada únicamente a los edificios de poca altura. El Mjøstårnet utiliza la madera tanto para su estructura como para su fachada [6.3].

Voll Arkitekter ha sido el estudio responsable del diseño del edificio tanto del exterior como de su configuración interior. Según afirman en su página web, los principales elementos portantes consisten en grandes vigas trianguladas de madera laminada y encolada colocadas en fachada y en vigas y soportes elaborados del mismo material y técnica en el interior. Las vigas trianguladas asumen los esfuerzos tanto verticales como horizontales y le dan al edificio la rigidez necesaria [6.4]. De una manera similar a lo que hacía SOM en el rascacielos del centro Hancock, aquí los arquitectos aprovechan el ancho de las caras lo máximo posible para colocar los arriostramientos y así conseguir una efectividad mayor. En puntos concretos como el núcleo de comunicaciones verticales se refuerza con planos macizos de CLT.

La fachada se resuelve con grandes elementos prefabricados que se colocan directamente sobre los elementos estructurales de fachada. Se conforma así toda la envolvente del edificio.

El principal problema que tienen los edificios es, evidentemente, su resistencia al fuego. Los paneles tipo sándwich de la fachada vienen de fábrica con un aislamiento incombustible y los paneles exteriores ya fijados. Cada elemento de madera que queda expuesto en el interior lleva un recubrimiento ignífugo a base de madera de pino.

[6.3] Mjøstårnet. (s.f.). Moelven. https://www.moelven.com/mjostarnet/ [6.4] Mjøstårnet - verdens høyeste trehus. (2019, November 20). Voll Arkitekter. https://vollark.no/portfolio_page/mjostarnet/

Fig. 6.7. Fotografía del encuentro de una diagonal y un pilar de esquina. Foto vía Moelven

Fig. 6.6. Fotografía del traslado a su sitio de la estructura prefabricada. Foto vía Moelven

Fig. 6.5. Fotografía de la construcción del Mjøstårnet en la que se ve a los operarios conectando un pórtico pre-ensamblado al resto de la estructura. Foto vía Moelven

Fig. 6.8. Fotografía del estado final del Mjøstårnet, Noruega, 2019. Foto vía Moelven

Construcción

Localización Usos

Arquitectos Altura arquitectónica Material estructural

Nombre Material de fachada Dato curioso

Nº de plantas

Fig. 6.10. Diagrama del autor sobre la planta de Voll Achitektes donde se ve la combinación de un núcleo rigidizador y el sistema de pórticos y diagonales.

Brumunddal, Noruega

Voll Arkitekter

18

Residencial / hotel / oficina

2017 - 2019 85.4 m / 280 pies Madera laminada y encolada

Mjøstårnet Madera laminada y encolada

Edificio más alto del mundo construido íntegramente en madera

Cronología de la construcción en altura

En este apartado se resume la cronología de los edificios expuestos dado que se han ido exponiendo por material estructural y el orden temporal se ha ido solapando.

También se incluye un gráfico comparativo a escala de los edificios elegidos para poder apreciar la evolución en altura.

Posteriormente se analizan en profundidad tres casos de estudio.

Fig. 6.11. Fotografías de la construcción antes de terminar la fachada. 2019. Foto vía Moelven

Fig. 6.12. Línea del tiempo de los edificios estudiados en su contexto histórico. Elaboración propia

Fig. 5.9. Fotografía de los pasadores de las intersecciones. Foto vía Moelven

MONADOCK Building HOME INSURANCE Building HAUGHWOUT Building RELIANCE Building CHRYSLER BUILDING PALACIO GUSTAVO CAMPANEMA LAKE SHORE DRIVE APARTMENTS

CHARLES B. ATWOOD, JOHN WELLBORN ROOT, DANIEL BURNHAM WILLIAM VAN ALEN

CHICAGO, EEUU 1895

OSCAR NIEMEYER, LUCIO COSTA Y LE CORBUSIER MIES VAN DER ROHE

NUEVA YORK, EEUU RIO DE JANEIRO, BRASIL 1930 1946 1950

LE CORBUSIER NUEVA YORK, EEUU 1952

LEVER HOUSE SEAGRAM BLDG. SEDE NACIONES UNIDAS

LAKE SHORE DRIVE APARTMENTS

PALACIO GUSTAVO CAMPANEMA HANCOCK TOWER

LEVER HOUSE Building SOM NUEVA YORK, EEUU 1952 1850 1890 1940 1860 1910 1960 1900 1870 1920 1970 1950 1880 1930 1840

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

E.V. Haughwout Building

Nueva York, Estados Unidos

Home Insurance Building Chicago, Estados Unidos

John P. Gaynor, y Daniel D. Badger de Iron Works

1856 -1857 24 m / 78 pies 5 plantas

Comercial

Hierro fundido y forjado

Chrysler Building

Nueva York, Estados Unidos

1928 - 1930 319 m / 1048 pies 77 plantas

William van Alen

Oficinas

Hormigón y acero

Lever House

Nueva York, Estados Unidos

1951 - 1952 94 m / 307 pies 21 plantas

Skidmore, Owings & Merrill (SOM)

Residencial / oficinas

Hormigón y acero

Burj Khalifa

Dubai, Emiratos Árabes

2004 - 2010 828 m / 2,717 pies 163 plantas

Skidmore, Owings & Merrill (SOM)

Oficina / residencial / hotel

Hormigón armado

William Le Baron Jenney

10 plantas

Oficinas

1884 - 1885 / Demolido 1931 42 m / 138 pies Ladrillo + hierro + acero

Palacio Gustavo Campanema

Río De Janeiro, Brasil

Oscar Niemeyer y Lucio Costa y Le Corbusier

17 plantas

Oficinas

1936 - 1943 60 m / 92 pies Hormigón armado

Seagram Building

Nueva York, Estados Unidos

1954 - 1958

38 plantas

Oficinas

1954 - 1958 157 m / 516 pies Hormigón y acero

Mjøstårnet Brumunddal, Noruega

Voll Arkitekter

18 plantas

Residencial / hotel / oficina

2017 - 2019 85,4 m / 280 pies Madera contralaminada

ESTADO DE LA CUESTIÓN

Monadock Building Chicago, Estados Unidos

Reliance Building Chicago, Estados Unidos

Burnham & Root; Holabird & Roche

16 plantas

Oficinas

1889 - 1893 60 m / 92 pies Ladrillo

Lake Shore Drive Apartments Chicago, Estados Unidos

Mies van Der Rohe

26 plantas

Residencial

1948 - 1950 82,3 m / 92 pies Hormigón y acero

John Hancock Center Chicago, Estados Unidos

Skidmore, Owings & Merrill (SOM)

100 plantas

Oficinas

1965 - 1969 344 m / 1,128 pies Acero

300 NMA (Millie)

Chicago, Estados Unidos

bKL Architecture

47 plantas

Residencial / hotel

2020 - 2022 157,6 m / 517 pies Hormigón armado

Charles B. Atwood, John Wellborn, Daniel Burnham

15 alturas

Hotel

1894 -1895 61.5 m / 202 pies Acero

Sede de las Naciones Unidas Nueva York, Estados Unidos

Le Corbusier, Óscar Niemeyer y Wallance Harrison

39 alturas

Oficinas

1947 - 1953 154 m / 505 pies Hormigón y acero

World Trade Center 1 Nueva York, Estados Unidos

1966 - 1975 / Derribadas 2001

Minoru Yamasaki

110 alturas

Oficinas

415 - 417 metros / 13611368 pies Acero

UBTECH Headquarters Shenzhen, China

bKL Architecture

41 alturas

Oficina

2020 - Presente 212 m / 696 pies Hormigón armado

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Fig. 6.13. Gráfico comparativo de la altura de los edificios estudiados en esta primera parte. Elaboración propia según datos del CTBUH.

Casos de estudio

JOHN HANCOCK CENTER, SOM, CHICAGO, EEUU, 1969

UB TECHNOLOGY HQ, BKL ARCHITECTURE, SHENZHEN, CHINA, 2023

MJØSTÅRNET, BRUMUNDDAL, NORUEGA, 2019

A continuación, se han seleccionado tres casos de estudio de estructura del tipo diagrid de los tres periodos de mayor desarrollo: acero, hormigón y madera estructural. En cada uno de ellos, la estructura se sitúa en una posición diferente con respecto a la fachada.

Se ahonda en el estudio de detalle del encuentro entre la fachada y la estructura, así como de las implicaciones de la una sobre la otra.

Aunque cronológicamente las fechas de construcción no son lineales, se elige este orden para mantener aquel en el que se han planteado los paradigmas estructurales, siendo el acero el caso más antiguo y la madera estructural el material por el que apostar en un futuro cada vez más presente.

Casos de estudio

JOHN HANCOCK CENTER, SOM, CHICAGO, EEUU, 1969

UB TECHNOLOGY HQ, BKL ARCHITECTURE, SHENZHEN, CHINA, 2023

MJØSTÅRNET, BRUMUNDDAL, NORUEGA, 2019

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Introducción

En Chicago, la segunda ciudad más grande de Estados Unidos, se encuentra la icónica torre que SOM diseñó en 1965 para la compañía de seguros John Hancock Mutual Life Insurance Company que da nombre a la torre.

Con sus 100 plantas, ocupa el puesto número 5 de los edificios más altos de la ciudad. Supera en altura a todos los edificios de su entorno inmediato y, desde ella, se pueden disfrutar unas impresionantes vistas de 360 grados tanto de la ciudad como del lago Michigan.

La torre tiene forma de pirámide de base cuadrangular y de cúspide truncada. Existen varias razones tras la decisión de inclinar las fachadas. Por un lado, se trata de una torre en la que se superponen 4 programas distintos: aparcamiento, oficinas, hotel y residencias. Cada programa requiere de un tamaño de planta tipo diferente, considerablemente diferente entre plantas de oficinas y residenciales [7.1]. Es por esto que, originalmente, el proyecto iba a consistir en dos torres independientes conectadas en su base mediante un podio. Cuando se decidió apostar por una única volumetría, las plantas tipo más grandes se dispusieron en la parte inferior. Por otro lado, Chicago es una ciudad en la que llega a haber vientos de más de 190 km/h por las grandes diferencias entre las zonas de altas y bajas presiones a consecuencia de la proximidad del lago. Utilizando el estudio de vigas en voladizo y aplicándolo a rascacielos, cuanto más alto sea el edificio, mayor es el esfuerzo a cortante y flexión que ha de soportar su estructura. El viento que incide directamente sobre las caras del edificio tiene dos alternativas para continuar su recorrido: o bien supera el edificio por arriba, o bien lo hace por los laterales. Gracias a la inclinación de las cuatro fachadas se consigue que en el recorrido vertical aparezca una componente vertical del empuje - lo que se traduce en una reducción del empuje horizontal frente al modelo de edificio de caras verticales - y en horizontal se reduce el recorrido del viento hasta la esquina.

La idea fundamental del diseño estructural de la torre es un sistema tipo tubo de pilares perimetrales y núcleo central. Esta solución es más eficaz cuanto más cercanos se disponen los pilares, de esta forma se reduce la luz de las vigas y se aumenta su rigidez [7.2]. Compositivamente, sin embargo, interesaba poder abrir huecos en fachada lo más grandes posibles. Ante este reto, surge como alternativa el tubo arriostrado o sistema diagrid. Permite rigidizar cada plano exterior mediante diagonales que convierten estos planos modelos equivalentes a grandes cerchas. Se reduce la solicitación de flexión en los pórticos y, por consiguiente, el canto de las vigas.

[7.1] “100-story Hancock Center in Chicago: a case study of the design process” (1982)

[7.2] “Proyecto de edificios altos” (monografía 20-21)

Fig. 7.1. Fazlur Khan (izquierda) y Bruce Graham (derecha) junto a una maqueta del John Hancock Center. Hancock Center - Fazlur Khan - Structural Artist of Urban Building Forms. (n.d.). http://khan.princeton.edu/khanHancock.html

Fig. 7.2. Diagramas de volumetría. Elaboración propia a partir de texto “100-story John Hancock Center in Chicago: a case study of the design process” (1982)

Viento V y V x

Fig. 7.3. Al chocar contra la fachada el viento se divide en componente vertical y horizontal. Elaboración propia

CASOS DE ESTUDIO - JOHN HANCOCK CENTER

Fig. 7.4. Fotografía de la construcción. Agosto 1966.

Fig. 7.5. Fotografía de la construcción. Año 1968. Foto vía Pinterest

Fig. 7.6. Fotografía de la construcción. Año 1967. Ezra Stoller, AD, 2012

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Chicago Tribune, 1966

Fig. 7.7. Fotografía de la esquina noreste. Kim Eriksson, SOM

7.8. Fotografía de la intersección entre pilar y diagonal en fachada. Foto vía Flickr

7.9. Fotografía de la fachada sur. Ezra Stoller, ArchDaily 2015

Fig. 7.10. Fotografía de la piscina en las plantas 44 y 45. Ezra Stoller, ArchDaily 2015

7.11. Fotografía del sky lobby residencial. Planta 44. Ezra Stoller, ArchDaily 2015

7.12. Fotografía de la plaza pública bajo la fachada oeste. Foto vía Flickr

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Estructura

En la figura 7.13 se comparan dos variantes estructurales utilizadas hasta el momento y se comparan con la estructura de esta torre. En una estructura tipo A, los pilares están suficientemente separados como para que la carga vertical que incide sobre uno de ellos tenga un efecto despreciable sobre los demás. Esto equivale a una planta con soportes repartidos por toda la superficie. En una estructura tipo B, los pilares están más juntos y se reparten la acción de la carga. Como inconveniente, la fachada queda muy rigidizada. Este es un sistema tipo tubo convencional. En la estructura tipo C o de diagrid, las diagonales hacen que todos los pilares trabajen conjuntamente todos a la vez y por tanto hacen falta menos pilares en fachada.

Analizando estrictamente la solución estructural elegida, es importante el detalle de cómo la estructura llega al suelo. Los pilares de las esquinas y, una planta por encima del nivel del suelo, las diagonales convergen en una viga. Esta conexión no ocurre técnicamente en el lugar más idóneo. Como se ve en el esquema tipo C de la figura 7.13, lo ideal sería que el nudo hubiese ocurrido en la cimentación, una planta por debajo del nivel de calle. De esta forma, el terreno habria absorvido el empuje horizontal directamente y el camino de las cargas habría sido el óptimo ya que según la teoría de Maxwell, a menor recorrido de las cargas, mejor estructura, pero la expresión formal de la torre no lo habría sido. A pesar de que la estructura es la seña de identidad evidente de este proyecto, en este aspecto, la arquitectura prevaleció [7.3].

En el plano del forjado del núcleo de las torre de las plantas 12 a 17 (Fig. 7.16, elaboración propia a partir de planos de SOM) vemos que la estructura horizontal se resuelve mediante una compleja combinación de perfiles tipo I de ala ancha designados con la letra W y perfiles normales designados con la letra B. Se trataba de vigas ligeras LB por sus siglas en inglés (Light Beams). Posteriormente, según se fue estandarizando su uso, se denominaron únicamente con la letra B (beams) y, a finales de los años 60 y principios de los 70, cuando este edificio se construía, se empezaron a utilizar los perfiles de las anchas denominadas WF (Wide flange) o simplemente W. Se denominan los perfiles indicando su canto y su peso nominal [7.4].

Si bien las vigas son metálicas en todo el forjado, en el núcleo, el forjado se resuelve mediante losa con armado bidireccional y, en el resto de la planta, mediante forjado de chapa colaborante que actúa como un forjado unidireccional donde la armadura

[7.3] Schittich, C. (Ed.). (2015). SOM : Iconic architecture as a result of structural solutions: from Sears Tower to Burj Khalifa. Detail Business Information GmbH [7.4] 10LB15 beam designation - Structural engineering general discussion - Eng-Tips. (2018, August 18). https://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=443250.

[7.5] Revitalization of the Hancock observatory”, John Peronto y Christian DeFazio, 2018 [7.6] Grube, Oswald W., Peter C. Pran und Franz Schulze (1973) 100 Years of Architecture in Chicago. Continuity of structure and form.

Fig. 7.15. Detalle de diferentes condiciones de encuentro entre viga y losa del forjado del núcleo. Elaboración propia a partir de planos originales a mano proporcionados por SOM

Fig. 7.13. Variaciones de la estructura tipo tubo. Elaboración propia a partir de trabajo de investigación para ARCH-631, IIT, 2013

Fig. 7.14. Intersección de viga, pilar de esquina y diagonal una altura sobre rasante [7.3]

Corte T

Corte Y

Corte W

Fig. 7.18. Planta de cubierta. Elaboración propia [7.6]

Fig. 7.19. Planta tipo residencial. Elaboración propia [7.6]

Fig. 7.20. Planta tipo de oficinas. Elaboración propia [7.6]

Fig. 7.21. Planta tipo de aparcamiento. Elaboración propia [7.6]

Fig. 7.22. Planta de acceso. Elaboración propia [7.6]

Servicios adicionales Residencial Oficinas

Comercial de alquiler

Aparcamiento

Mecánica

Fig. 7.23.

Sección longitudinal Elaboración propia [7.6]

La estructura se resuelve mediante perfiles metálicos tipo I. Los pilares de fachada se sueldan a los superiores a lo largo del alma y también de las alas. Las vigas del borde del forjado se sueldan al alma de los pilares de fachada y se refuerzan mediante unas placas tipo L. En el cruce de pilar, viga y diagonal, se colocan unas placas (madre) tanto al exterior como al interior que rigidizan la unión. Los perfiles de la diagonal se unen mediante dos sistemas distintos en función de si se trata de la cabeza o del arranque del perfil. En el encuentro de la cabeza del perfil se colocan dos placas en perpendicular a éste y se aseguran a la placa madre por medio de 56 pernos atornillados. En el arranque, la unión se realiza mediante dos placas nuevamente pero, esta vez, uniendo cara del pilar a cara de la placa madre por medio de 64 pernos. Ver figuras 7.24 y 7.25. Este tipo de uniones guardan mucha relación con el tipo de uniones roblonadas utilizadas a finales del siglo XIX, cuando se introdujo el acero como material estructural. Todas las uniones de más de dos elementos se realizan mediante este sistema de placas.

Fig. 7.24. Nudo entre pilar, viga de borde de forjado y diagonal. Elaboración propia

Fig. 7.26. Axonometría de fachada de planta de oficinas. Elaboración propia

Fachada

El vidrio laminar de tres capas que compone la fachada es coplanar con la estructura, de casi un metro de sección transversal. El canto del forjado se recubre con una placa metálica del mismo tono gris oscuro que los pilares y diagonales. El canto del forjado, más el falso techo para el paso de instalaciones tiene un total de 60 centímetros mientras que la estructura tiene un ancho total de un metro. Bajo los vidrios se colocan unas rejillas de extracción de aire de 40 centímetros de altura de tal forma que rejilla más canto del forjado sumen un metro, al igual que los demás perfiles. Se pintan gris oscuro y desde la calle son imperceptibles.

Fig. 7.27. Detalle del encuentro entre fachada y estructura. Elaboración propia a partir de planos originales a mano proporcionados por SOM

Casos de estudio

JOHN HANCOCK CENTER, SOM, CHICAGO, EEUU, 1969

UB TECHNOLOGY HQ, BKL ARCHITECTURE, SHENZHEN, CHINA, 2023

MJØSTÅRNET, BRUMUNDDAL, NORUEGA, 2019

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Introducción

Referida en ocasiones como el Silicon Valley de China, la provincia de Shenzhen se sitúa a pocos kilómetros al norte de Hong Kong. En ella se han instalado numerosas potencias tecnológicas como ZTE, TCL o Huawei entre otras.

Hay zonas de esta provincia, como el distrito de Nanshan, que se han designado como zonas de especialidad comercial. En estas zonas, las empresas pueden hacer negocios al margen de algunas de las estrictas normas del comercio internacional chino y que aplican a la mayor parte de la China continental [8.1]. Esto se ha convertido en un atractivo para empresas multinacionales y por ello, en los últimos años, se han construido números rascacielos en esta zona. Uno de ellos es la torre que bKL Architecture ha diseñado en 2019 para las oficinas centrales de la multinacional de robótica UB Technology y que está actualmente en construcción.

A escala de emplazamiento, la manzana sobre la que se sitúa la torre está dividida en cuatro propietarios, pero uno de los requisitos del plan general es que las cuatro piezas, al completarse, queden conectadas por medio de pasarelas. El diseño de la torre tiene como objetivo unificar naturaleza, arquitectura y estructura. Se plantean una serie de volúmenes que se apilan verticalmente. Entre estas piezas se vacían espacios en los que se generan jardines abiertos, cada uno destinado a la figura de un dios mitológico. El volumen se envuelve con una pantalla de aletas cerámicas verticales orientables o perfiles metálicos tubulares dependiendo de la orientación de la fachada y el grado de protección solar deseado.

[8.1] Nanshan District. (2021). Now Shenzhen. https://www.nowshenzhen.com/nanshan/ Plano e imágenes de bKLArchitecture.com

Fig. 8.2. Render suroeste

Fig. 8.3. Render de la parte suiperor de la fachada este

Fig. 8.1. Plano de emplazamiento

Fig. 8.4. Fotografía de la construcción. Diciembre 2022

Fig. 8.5. Fotografía de la construcción. Diciembre 2022

Fig. 8.6. Fotografía de la construcción en la que se ven las diagonales y los pilares de hormigón antes de ser cubiertos por las placas metálicas. Diciembre 2022

Fig. 8.7. Proceso de composición de la torre. Elaboración propia

VOLUMETRÍA BASE LEVANTAMIENTO DE LA BASE MAXIMIZACIÓN DE LA PLANTA EXTRACCIÓN DE VOLÚMENES INTRODUCCIÓN DE JARDINES CONEXIÓN DE LOS JARDINES INTEGRACIÓN DE LA ESTRUCTURA ACTIVACIÓN DE LA ESCALA HUMANA

Estructura

La estructura vertical de este edificio de planta cuadrada, de 43 plantas de altura y 4,5 metros de altura libre, se resuelve mediante 5 pilares en cada una de sus caras y cuatro pilares centrales. Ente los pilares de fachada aparecen diagonales que arriostran la estructura y se convierten en elemento expresivo de la identidad del proyecto. Todos los pilares, tanto exteriores como interiores, así como las diagonales son de hormigón armado y se recubren con placas de aluminio de acabado brillo metálico.

Los forjados son de chapa colaborante de 15 centímetros de espesor y vigas de sección tipo I. Las vigas quedan expuestas por el lado inferior por lo que se recubren con un proyectado ignífugo. Sobre la losa se coloca el suelo terminado de tarima sobre plots. De la chapa se descuelgan las placas del falso techo. Algunos de los pilares de planta primera no continúan al suelo por lo que, singularmente, el forjado del suelo de esta planta se cuelga del de la planta superior mediante cables de acero colocados tras los montantes de los vidrios de fachada.

Fachada

La fachada es de vidrio en su totalidad: vidrio transparente bajo en hierro en zonas habitables y vidrio translúcido de acabado que imita al transparente en plantas técnicas y otros espacios. El tratamiento bajo en hierro aumenta la transparencia del vidrio incrementando la luminosidad de la luz que los atraviesa y eliminado prácticamente el tono verde de los vidrios. Como parte de las medidas sostenibles de la torre, las fachadas se conciben como un filtro activo más que como una barrera pasiva al exterior.

Fig. 8.10. Axonometría de fachada de planta primera.

Fig. 8.8. Detalle de fachada de planta primera. Traducción de detalle facilitado por bKL

Fig. 8.9. Detalle en planta del montante del vidrio de planta primera. Traducción de detalle facilitado por bKL

Fig. 8.11. Axonometría de fachada de planta tipo.

Las aletas cerámicas se conectan al forjado por medio de dos brazos metálicos a 45º de una manera similar a como separaron la fachada de la estructura en el Reliance Building en 1895. Mediante uniones articuladas se conectan al forjado en la parte superior y a la viga de borde en la parte inferior.

Fig. 8.12. Detalle de fachada de planta tipo y detalle ampliado del anclaje de la aleta cerámica. Traducción de los detalles facilitados por bKL

Casos de estudio

JOHN HANCOCK CENTER, SOM, CHICAGO, EEUU, 1969

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MJØSTÅRNET, BRUMUNDDAL, NORUEGA, 2019

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Introducción

El Mjøstårnet, o torre del lago Mjøsa, es un edificio de 18 alturas hecho en madera que alcanzó su máxima altura en septiembre del 2018, tan solo un año después de la colocación del primero de sus pórticos. En octubre del mismo año, la fachada se había instalado por completo y en marzo del 2019 abrió sus puertas al público. Tiene una superficie total de unos 11,300 m2 en los que combina plantas de oficinas, hotel y apartamentos residenciales en la parte superior, además de una cafetería y una sala de conferencias. El edifico se remata con una pérgola que pretende mostrar, de alguna forma, la estructura que se esconde en el interior del edificio. Se crea una terraza accesible tanto para usuarios del edificio como para visitantes. Tiene un total de 85,4 metros de altura y es reconocido por el CTBUH como el edificio más alto del mundo hecho en madera.

El edificio se sitúa en la ciudad de Brumunddal en Noruega, a unos 140 km al norte de la capital, sobre el lago Mjøsa y muy próximo a bosques sostenibles, de los que proceden la mayoría de los recursos para la construcción de este edificio. Los pórticos prefabricados de madera laminada encolada son ensamblados en la fábrica de Moelven a tan solo 15 km de la parcela [9.1].

Estructura

El edificio se apoya sobre una losa de hormigón de 17 x 37 metros cimentada sobre pilotes. El principal sistema estructural de la torre es, de alguna forma, similar al de la torre Hancock, con pilares perimetrales y diagonales en fachada aunque, esta vez, realizada en madera laminada encolada (MLE). Esta estructura aporta la rigidez necesaria para soportar los esfuerzos horizontales y verticales. Adicionalmente, se utilizan pantallas de madera contralaminada (CLT) en el núcleo de comunicaciones verticales. Ver figura 9.3. Estas pantallas no aportan estabilidad horizontal. En total se utilizan unos 2.600 m3 de madera [9.2].

1.500 m3 de madera laminada encolada MLE 535 m3 de madera contralaminada CLT 5.250 m2 / 650 m3 de Trä8 (azul) 3.675 m2 / 1.100 m3 de hormigón (gris)

[9.1] Abrahamsen Rune (2017) “Mjøstårnet – Construction of an 81 m tall timber Building” [9.2] Abrahamsen Rune (2018) “Mjøstårnet - 18 storey timber Building completed”

Fig. 9.1. Fotografía del Mjøstårnet de Moelven

Fig. 9.2. Modelo estructural. Elaboración propia

Fig. 9.4. Fotografía de la construcción. Agosto 196. Foto vía Moelven

Fig. 9.5. Fotografía de la construcción. Año 2018. Foto vía Moelven

Fig. 9.6. Fotografía de la construcción. Año 1967. Foto vía Moelven

Fig. 9.7. Fotografía de la estructura a la espera de ser colocada. Foto vía Moelven

Fig. 9.8. Fotografía de vigas de cubierta a la espera de ser colocadas. Foto vía Moelven

Fig. 9.9. Estructura prefabricada a la espera de ser colocada. Foto vía Moelven

Fig. 9.10. Levantamiento de la estructura prefabricada. Foto vía Moelven

Fig. 9.11. Colocación de la estructura prefabricada. Foto vía Moelven

Fig. 9.12. Fotografía de la terraza de la azotea. Foto vía Moelven

Fig. 9.13. Planta de cubierta. Elaboración propia Fig. 9.14. Planta tipo residencial. Elaboración propia Fig. 9.15. Planta tipo de hotel. Elaboración propia Fig. 9.16. Planta tipo de oficinas. Elaboración propia Fig. 9.17. Planta de acceso. Elaboración propia

Todos los elementos de los pórticos se ensamblan mediante placas de acero S355 insertadas en la madera y fijadas con pasadores. Es el mismo sistema que se utiliza para la construcción de puentes y edificios de gran escala por sus altas prestaciones.

La estructura se coloca en el interior, tras los elementos de fachada y los vidrios, con el fin de protegerlos de las inclemencias del tiempo, aumentando así su durabilidad y reduciendo su mantenimiento. De esta manera, se permite también que la madera encolada respire libremente. Se utiliza madera de clase 1, madera para uso en interiores, para toda la estructura a excepción de la pérgola de cubierta.

Con el creciente número de edificios hechos en madera, el CTBUH modificó los criterios de clasificación de los edificios en función de sus materiales en el que determinaba que si el material que se utiliza para resolver los esfuerzos horizontales y verticales así como los forjados, aunque sea parcialmente, es por ejemplo madera o acero, el edificio se considerará de dicho material a pesar de utilizar hormigón.

Fig. 9.19. Detalle de la unión por medio de placa de acero y pasadores. Elaboración propia

El acero tiene peor comportamiento ante incendio que la madera. Las piezas de acero se disponen siempre protegidas dentro de la madera e imprimadas de pintura intumescente.

Para los elementos encolados colocados al interior, se utiliza madera de pícea autóctona sin ningún tratamiento especial. Para los elementos expuestos de la pérgola, se utiliza madera de pino escocés impregnado de cobre y etanolamina. Este tratamiento es comúnmente aplicado en Europa a maderas que van a estar en contacto con el terreno por su gran resistencia al ataque de microorganismos [9.3].

Los forjados de las plantas 2 a 11 se resuelven mediante el sistema Trä8 de Moelven, que combina madera laminada encolada, aislamiento térmico mediante lana de roca y una lámina de aislamiento acústico (figura 9.20). De las plantas 12 a 18 se utiliza una losa de hormigón de 30 cm. Estas losas son también prefabricadas y constan de una base de madera a modo de encofrado perdido del hormigón vertido sobre ellas en taller. Reemplazar madera por hormigón implicaba que el edificio era más pesado en la parte superior. Este edificio es muy esbelto en su eje débil por lo que era necesario añadir peso al edificio. Además, el hormigón permite conseguir una mayor aislamiento acústico para los apartamentos ya que cada forjado actúa como un diafragma [9.4].

La principal diferencia con los sistemas tradicionales de forjado de madera de estas características es que en este modelo se utiliza madera laminada encolada (GL en inglés) en vez de contrachapada y tablero de madera microlaminada (LVL en inglés) para vigas y viguetas por su mayor resistencia.

Fig. 9.20. Modelo del sistema de forjado Trä8. Elaboración propia a partir de datos de Moelven

[9.3] Thaler, N., Lesar, B., & Humar, M. (2013). Performance of Copper-Ethanolamine-impregnated Scots Pine Wood during Exposure to Terrestrial Microorganisms. Bioresources, 8, 3299-3308.

[9.4] Abrahamsen Rune (2018) “Mjøstårnet - 18 storey timber Building completed”

[9.5] Pierre Landel (2022). Wind-induced vibrations in tall timber Buildings. Design standards, experimental and numerical modal analyses

Fig. 9.21. Axonometría de fachada de planta de oficinas. Elaboración propia Fachada

La fachada del Mjøstårnet se compone de paneles prefabricados, sin función estructural y que se colocan directamente sobre la cara exterior de los perfiles estructurales de madera. Son paneles sándwich de 50 - 60 m2 que ya incluyen, de fábrica, el aislamiento térmico y los paneles de acabado exterior. Se utilizan paneles con un recubrimiento retardante del fuego.

Fig. 9.22. Detalle del encuentro entre fachada y estructura. Elaboración propia

CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Fig. 10.1. Alzados las torres Hancock, UBTech y Mjøstårnet a la misma escala para poner en relación la altura de los tres proyectos

CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE

INVESTIGACIÓN

En los miles de años de la historia de la Arquitectura, los rascacielos son todavía modelos relativamente nuevos con una antigüedad de poco más de 150 años. En cualquier caso, durante este periodo, han evolucionado desde el primer edificio de oficinas de unos cuarenta metros y diez alturas hasta edificios “mega-altos” como el Burj Khalifa que alcanza los 828 metros de altura. Actualmente, está en construcción la Jeddah Tower en Arabia Saudita, que está previsto que supere el kilómetro de altura y se convierta en el nuevo edificio más alto del mundo.

Esta evolución de los rascacielos, hasta los modelos tal y como los conocemos hoy, ha sido posible gracias al desarrollo del modelo de estructura como esqueleto de elementos lineales de acero y la evolución del sistema de muro cortina.

Numerosos tipos diferentes de sistemas estructurales se han utilizado desde los primeros modelos de edificios en hierro forjado a la vez que se producían avances en los materiales y sus técnicas de trabajo.

Casi de forma paralela, los sistemas de fachada también han experimentado un desarrollo notable desde las primeras fachadas más masivas y con huecos pequeños que apenas dejaban pasar la luz, donde los muros de carga desempeñaban ambas funciones, hasta los sistemas más actuales de fachada activa de varias capas de vidrio y láminas capaces de aportar diferentes grados de protección, o incluso sistemas de doble y triple piel. Para la integración de estructura y fachada han jugado y juegan un papel fundamental los equipos de diseño multidisciplinares.

En la primera parte de este trabajo de investigación, he realizado un análisis de la relación entre fachada y estructura y su evolución, desde el primer edificio en altura de mediados del siglo XIX, hasta la actualidad. A la primera conclusión que llego, a raíz de este análisis, es que los rascacielos que se siguen construyendo actualmente aún se basan en los modelos esqueléticos y de muro cortina que se idearon y utilizaron por primera vez a mediados del siglo XX. Los materiales empleados y sus técnicas de trabajo han evolucionado en algunos casos, pero los principios que existen detrás de su utilización a la hora de convertirlos en estructuras se han mantenido y eso me parece fascinante.

En la segunda parte, he seleccionado de entre los edificios estudiados en la primera parte, tres modelos de estructura del tipo diagrid cada uno de ellos con la estructura situada en una posición diferente con respecto a la fachada de los tres periodos de mayor desarrollo: acero, hormigón y madera estructural; con el fin de extraer las siguientes similitudes y diferencias derivadas de las distintas técnicas utilizadas y también de las decisiones influidas por su localización y su clima.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

Comparando los edificios, desde el exterior al interior, la primera diferencia que se observa es en la composición de las fachadas, influenciadas tanto por la ubicación de los proyectos como por la posición relativa de la estructura.

En el proyecto de Chicago y en el de Shenzhen, destaca el vidrio como material principal de la envolvente. Son fachadas de muro cortina de poco espesor donde la principal prioridad es conseguir ventanales lo más grandes posibles para tener más luz y mejores vistas. En el primero, la estructura es coplanaria con la fachada. Esto implica que las bandas horizontales de los vidrios deben acomodarse a los huecos que quedan entre los pilares y las diagonales. Hubo que fabricar muchos paneles de vidrio a medida lo que encareció la construcción. Quizás, una solución de diseño más efectiva hubiera sido desplazar la estructura completamente al exterior creando independencia con los paños de vidrio sin perder la expresividad de la estructura como identidad del proyecto.

En el segundo, el de Shenzhen, la estructura se coloca en un plano interior y por tanto no interfiere en la disposición de los vidrios. Se consigue una estética uniforme, elegante y ligera para disminuir la apariencia masiva comúnmente asociada a rascacielos de sus características. Debido a la gran exposición al sol de las fachadas de la torre por su emplazamiento en su contexto, para proteger el edificio del soleamiento se incorpora una doble piel de aletas verticales orientables. En ambos casos, los paños de muro cortina son de forjado a forjado, pero este sistema ofrece la versatilidad de poder cubrir varias plantas al mismo tiempo ofreciendo así una mayor flexibilidad en el diseño.

Fig. 10.2. Fotografías de las fachadas y del interior de las torres Hancock, UBTech y Mjøstårnet que ponen en evidencia la independencia que existe entre el diseño de la estructura y el de la fachada.

CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Por el contrario, en la fachada del Mjøstårnet, el vidrio adquiere un papel secundario y la madera es la protagonista. En este proyecto, la estructura de madera se coloca también en un plano interior desfasada del plano de fachada. Aunque la fachada no está condicionada por la estructura, se caracteriza por huecos más pequeños y ligeramente retranqueados desde la cara exterior de la fachada. Esto está influenciado por la localización del proyecto. En Brumunddal, la temperatura media anual no supera los 16ºC y suele haber nieve durante más de 3 meses al año. Huecos más pequeños implican menor pérdida de calor por los vidrios. La fachada tiene un espesor mayor que en los dos casos anteriores y alberga en ella un grueso aislamiento térmico de lana de roca.

El modelo diagrid aparece como resultado de concentrar la estructura en los planos de fachada. Ésto implicó la necesidad de diagonales para soportar los esfuerzos horizontales descritos anteriormente. Ofreció ventajas como la liberación de la planta y la consiguiente flexibilidad que esto suponía así como un gran ahorro de material.

Actualmente existen tres posiciones para la estructura en relación con la fachada: por dentro, por fuera, o en el mismo plano que ésta, y cada una de ellas tiene implicaciones más allá de su relación con el cerramiento. Colocar la fachada por el exterior, aparte de poder convertirse en identidad del proyecto, tiene la ventaja de que se evita tener que protegerla ante incendios, interesante por ejemplo en estructuras de acero. Sin embargo, conlleva dos graves problemas asociados: por un lado crea enormes puentes térmicos al atravesar el cerramiento para soportar los forjados y, por otro, en climas donde los cambios de temperatura a lo largo del año son considerables como en el caso de Chicago, los efectos en la estructura serían muy desfavorables y requerirían de una significante protección adicional.

Analizando el proceso de construcción de los dos edificios completados, los avances en los últimos 50 años son evidentes. En la construcción de la torre Hancock se emplearon 5 años en levantar 100 plantas, lo que supone una media de una planta cada 3 semanas. En la construcción del Mjøstårnet tan solo hacía falta una semana para completar una planta. Esto ha sido posible gracias al desarrollo de la prefabricación. En el edificio noruego, la estructura vertical, los forjados y la fachada son elementos fabricados en taller, trasladados por carretera y ensamblados en obra. En la construcción de la torre Hancock, de ser construida hoy, a lo mejor podría aplicar esta misma técnica. Quizás exista un modo en el que los forjados de chapa colaborante puedan ser prefabricados por módulos y posteriormente instalados in situ. Lo mismo se podría hacer con la fachada si se separa la estructura de los cerramientos. Los paños de vidrio podrían ser modulares como en el caso de la torre UBTech, donde existe completa independencia entre fachada y estructura.

LA CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO EN ALTURA

La conclusión final es que se confirma la hipótesis inicial de que se ha tendido a modelos donde no existe prácticamente interdependencia entre la fachada y la estructura. En el diseño de la fachada de un rascacielos, que está fundamentalmente basada en la repetición planta a planta, hay que tomar dos decisiones fundamentales, qué material emplear y qué modulación seguir. Como se ha demostrado, un material estructural no implica un material de fachada u otro, ni viceversa. La modulación de los vidrios en el caso del muro cortina o de las ventanas en un cerramiento más convencional se ve que tampoco depende de la modulación de la estructura. En la fachada de la torre Hancock, se lee la modulación de los vidrios de metro y medio de ancho a pesar de las diagonales y pilares. En el caso del Mjøstårnet, incluso hay ventanas que quedan parcialmente obstruidas por la estructura. Estructura y fachada no dependen por tanto la una de la otra sino que más bien son resultado del diseño de la planta y las solicitaciones generales del edificio, estructurales y climáticas.

Este estudio se podría continuar y complementar ampliando el objeto de estudio a otros aspectos de los rascacielos que guardan aún muchas incógnitas para mí, como por ejemplo los diferentes tipos de cimentación utilizados a lo largo de la historia, o el grado de confort alcanzado con diferentes tipos de cerramientos así como profundizando en factores adicionales como el porqué de la complejidad de las vigas del núcleo de la torre Hancock, o cómo son exactamente los vidrios en la torre para UBTech para que los vidrios opacos y los transparentes tengan una apariencia idéntica, o cómo afrontaron los arquitectos del Mjøstårnet el problema del fuego para proteger la estructura, o por qué las diagonales de la torre Hancock intersecan con los pilares al nivel de los forjados y en el Mjøstårnet en ocasiones lo hacen en el punto medio de los pilares.

Por otro lado, creo que sería muy interesante tratar de resolver los tres casos de estudio con un sistema estructural y de fachada alternativo y analizar qué implicaciones tendría, si se podría haber alcanzado la misma altura sin tener que aumentar considerablemente el volumen de la estructura, o si por el contrario el edificio solo habría podido alcanzar una cierta altura; qué habría pasado si se hubiesen prefabricado los dos primeros edificios y cómo habría variado su proceso de construcción, etcétera.

Los rascacielos seguirán jugando un papel cada vez más importante. Seguirán evolucionando y cambiando la forma en la que se utilizan e inevitablemente también la vida de las ciudades en las que se ubiquen.

¿Dónde está el límite de la edificación en altura? ¿Hasta dónde seremos capaces de llegar? Sea cual sea ese límite, qué ganas de explorarlo.

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