Libro: Construcción Metálica en Colombia by Marco Osuna

Historia

La industria del acero en Colombia 10

Selecciones del libro “Historia y proceso siderúrgico” editado por la Cámara Andi-Fedemetal y reproducidas con su autorización.

Se presentan a continuación selecciones de algunos capítulos de esta publicación, amablemente facilitados por la Cámara Andi-Fedemetal.

Historia

L Comité Siderúrgico Colombiano, que reúne las siderúrgicas colombianas y empresas e instituciones representativas de la cadena de valor de la actividad siderúrgica en el país, publicó a finales de 2006 el libro La industria del acero en Colombia 2005: Historia-Proceso-Mercado-Industria-Comercio, una importante publicación de 230 páginas que cubre en siete capítulos aspectos del proceso siderúrgico, el mercado del acero en el mundo, la industria siderúrgica nacional, comercio exterior, normatividad y medio ambiente, contribución de la cadena siderúrgica a la economía, el sector siderúrgico en la negociación del TLC (anteriormente reseñado en la revista Construcción Metálica No.3), glosario de términos y estadísticas de comercio exterior.

Historia

¿Qué es el acero?

• El acero es una aleación o combinación de hierro y carbono en proporciones que oscilan entre 0,03% y 2% de carbono. Para mejorar algunas de sus propiedades puede contener también otros elementos. • Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad. • Más del 98% del acero es hierro altamente refinado, y por ello se considera como una “aleación ferrosa”, a diferencia de otros metales y aleaciones que no contienen hierro y se denominan “no ferrosos”. • Por ser el hierro el principal componente del acero, su fabricación comienza con la reducción de hierro. A este proceso se le conoce como “producción de arrabio” el cual se convierte posteriormente en acero de diversas calidades y presentaciones, dependiendo del uso para el cual es fabricado. • La industria dedicada a la producción de acero se denomina “Industria Siderúrgica”.

Historia del acero en el mundo • No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fun-

PRIMERA ETAPA: Reducción Mineral

FIGURA 2 ETAPAS EN lA PRoDUccIóN DE AcERo

dir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. • Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C. la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado.

• Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. • Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico

llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y consolidar el hierro. • El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico. • Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño, el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio,

SEGUNDA ETAPA: Producción de Acero

1200 1000

Mmt

800 600 400 200 0 1950

1960

1970

1980

1990

1995

1997

1999

2001

2003

2005

una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero. • La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la

TERcERA ETAPA: laminación Acero

década de 1960 funcionan varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.

Historia del acero en colombia • En Colombia la industria siderúrgica reciente nace con el descubrimiento de los primeros yacimientos de mine-

ral de hierro en 1823 en la región de Pacho, Cundinamarca. Se instaló la Ferrería de Pacho y posteriormente fueron naciendo otras como la de Amagá en Antioquia, la de Samacá en Boyacá y la de la Pradera en Subachoque, ferrerías que pronto suspendieron definitivamente su producción. • El 5 de Agosto de 1938 se constituyó lo que entonces se llamaría Empresa Siderúrgica S.A., conocida mas adelante como Siderúrgica de Medellín S.A.

Historia

FIGURA 1 PRoDUccIóN DE AcERo lÍQUIDo EN El MUNDo 1950-2006

• Metalúrgica de Boyacá se fundó el 12 de mayo de 1961, fruto de la unión entre industriales vascos y boyacenses. La empresa se conocería más adelante con el nombre de Siderúrgica de Boyacá S.A. y actualmente hace parte de Diaco S.A. • En el mismo año 1961 fue fundada Siderúrgica del Pacífico S.A. • En 1968 se funda Armaduras Heliacero, cuyo principal objetivo fue suministrar acero de alta resistencia para la construcción, fabricado mediante el proceso de Heliaceración o torsión a partir del material de baja resistencia. En el año de 1986 fue adquirida por Siderúrgica de Boyacá S.A. (hoy Diaco S.A) y en el año 2001 pasó a pertenecer a Proalco S.A. • En el año 1972 se creó la compañía co-

• ANGULOS: ACASA, DIACO, ACERO BOYACA. METALORIENTE, SIDERAL

• PLATINAS: SIDELPA, DIACO, ACERO BOYACA. METALORIENTE

Historia

• CANALES U: ACASA, DIACO

• CUADRADOS: DIACO, SIDEBAL, ACEROS BOYACA, METALORIENTE, SIDOC

14 • VIGAS (I, H, T): IMPORTADOS

Figura 3 PErFiLES PrODuCiDOS EN COLOMBia

Simesa, posteriormente adquirida por Diaco S.A. • En 1940 el IFI se fijó como meta impulsar el desarrollo de la industria siderúrgica en el país. En 1942 los geólogos Benjamín Alvarado y Vicente Suárez Hoyos presentaron el primer informe documentado sobre los yacimientos de Paz de Río en Boyacá, como resultado de un análisis practicado a la muestra enviada por Olimpo Gallo, confirmando la existencia del mineral de hierro en la región. También se hallaron importantes depósitos de caliza y carbón. La hacienda Belencito fue escogida para el montaje de la Planta por su cercanía tanto a los yacimientos de mineral de hierro, carbón y caliza como a las ciudades de Sogamoso y Duitama.

• En 1947 un grupo de empresarios liderados por el ingeniero Daniel Jaramillo funda Siderúrgica del Muña S.A. ubicada en la sabana de Bogotá. La empresa comenzó su labor productiva como un taller artesanal fabricando pequeñas piezas de fundición gris, bronce y aluminio. Desde 1986 hace parte de Diaco S.A. • En 1954 se inaugura Acerías Paz de Río entre los municipios de Sogamoso y Paz de Río en el departamento de Boyacá. Esta siderúrgica integrada produce acero a partir del mineral de hierro (hematita) dado que la zona es rica en este mineral, así como en hulla y caliza, a diferencia de las otras siderúrgicas colombianas que son semi-integradas porque su materia prima principal es la chatarra.

nocida hasta 1997 como Distribuidora de Aceros Colombianos DIACO LTDA. Su objetivo fue operar como mayorista, no solamente de aceros sino de todos los materiales para la construcción tales como cemento, griferías, enchapados, tubería y otros. La distribuidora compraba la producción de las Siderúrgicas y a su vez la vendía a los pequeños distribuidores y ferreterías. • En 1981 se creó Siderúrgica del Caribe, ubicada en la zona industrial de Mamonal en Cartagena. • El 28 de Diciembre de 1997 las empresas Siderúrgica del Muña, Armaduras Heliacero, Siderúrgica del Caribe, Siderúrgica de Boyacá y Distribuidora de Aceros Colombianos se fusionaron en una sola, siendo la fusionadora Siderúrgica de Boyacá S.A. Con la fusión de las empresas, Diaco desapareció pero se conservó sul nombre como marca. Durante el año 2001 Siderúrgica de Boyacá compró a Simesa y cambió su razón social por “Grupo Siderúrgico Diaco S.A.” y a partir del primero de marzo de 2004 esta siderúrgica se conoce como “Diaco S.A.” Más adelante en la cadena, a lo largo de la historia se han creado otras industrias, entre las cuales vale la pena destacar las siguientes:

les para naves industriales, centros comerciales y edificios a partir de vigas de alma llena soldadas, sistema estructural para vivienda industrializada, canastas y baldes plásticos. • Productora de Cables Limitada C I Procables Ltda C I, es una organización fundada en 1972 en la ciudad de Bogotá para la producción y comercialización de cables y alambres conductores eléctricos.

En 1940 el IFI se fijó como meta impulsar el desarrollo de la industria siderúrgica en el país.

miento de túneles, pisos metálicos para puentes, defensas metálicas para carretera, postes de iluminación, perfiles en “C” y en “Z” formados en frío “PERLINES”, entrepiso metálico “CORPALOSA”, cubierta estructural galvanizada “CORPATECHO”, sistemas estructura-

• Acesco nació en 1970. Durante 25 años estuvo importando y comercializando aceros planos, aprovechando el modelo de sustitución de importaciones. Inició operaciones en Bogotá con una línea de galvanización lámina a lámina de 20.000 Tm. por año. En

1996 produce en Barranquilla el primer rollo de acero laminado en frío en Colombia. El montaje del tren de laminación es considerado el desarrollo siderúrgico más importante de los últimos 25 años en Colombia y representa un gran aporte para la industria metalmecánica. • En la década de 1970 se creó Laminados Andinos S.A., industria que presta el servicio de figuración atendiendo el mercado de la construcción civil. Actualmente hace parte de Diaco S.A. • El 10 de octubre de 1980 se fundó Trefilados de Caldas con la producción de puntillas y varillas. Once años después fundó “Alambres Técnicos de Colombia” produciendo alambre galvanizado y de púas. Dos años más tarde las dos empresas se fusionaron bajo el nombre de “Trefilados de Caldas” En 1995 se asoció con la empresa Bekaert dando origen a la “Productora de Alambres Colombianos S.A.” Proalco.

Historia

• Corpacero fue fundada en 1.961 en la ciudad de Bogotá. Se ha dedicado a la importación y transformación de láminas y planchas de acero Cold Rolled (CR) y Hot Rolled (HR) para la fabricación y comercialización de productos metalmecánicos como lámina lisa galvanizada, teja corrugada de zinc, tubería para conducción de agua, gas, tipo conduit y para cerramiento, tuberías metálicas corrugadas, láminas para revesti-

LARGOS MINERAL FERROSOS

LINGOTE PALANQUILLA TOCHOS

APDR PAMCOL

ACERO

CHATARRA

DIACO SIDELPA SIDENAL SIDOC ACASA APDR

RECICLADORES

PLANOS

FIGURA 4 FAcToRES DE lA cADENA PRoDUcTIVA DEl AcERo

PLANCHONES

APDR

Panorama de la construccion metálica en Colombia Historia

Hernando Vargas Caicedo

Aparte de ser económico, fácil de mantener, y rápido para construir, el metal ofrecer infinitas posibilidades artísticas. El metal es escultural y permite formas estructurales libres inconcebibles en cualquier otro material. Interactúa mágicamente con la luz y el agua reflejada. Cambia constantemente con el clima. La luz se refleja, brilla y se desliza poéticamente sobre la superficie del metal. Algunos metales se corroen de formas muy interesantes y otros mantienen su brillo de joyas permanentemente. Para mí el metal es el material de nuestro tiempo. Le permite a la arquitectura hacerse escultura, expresa la posibilidad de la tecnología y las condiciones comprobadas de calidad y permanencia a lo largo del tiempo. Frank O. Gehry, en prólogo a ARCHITECTURAL METALS: A Guide to Selection, Specification, and Performance, por L. William Zahner, John Wiley, 1995.

s una importante oportunidad la que nos ha brindado LEGIS para recopilar y comentar el estado y avances de la construcción metálica en nuestro medio. Sin duda, en los últimos años se ha venido acelerando el proceso de difusión de la cultura de la edificación metálica en nuestro medio y es indispensable examinarlo en sus características y sus tendencias. El presente artículo se propone reconocer elementos principales de este desarrollo y facilitar una visión de conjunto que permita apreciar los esfuerzos y logros de la industria, las empresas y las profesiones comprometidas en esta tarea. Hemos adoptado el método de presentar ejemplos por tipos de obras para analizar y divulgar casos ilustrativos de la variada y creciente producción de arquitectura y construcción metálicas en el país. Necesariamente las obras listadas no agotan ni representan exclusivamente la experiencia cumplida y su compilación plantea la conveniencia, y justicia, de elaborar una base de datos más extensa y calificada para describir el avance de este tema en Colombia. No se pretende, tampoco, establecer una categorización de las calidades conceptuales, arquitectónicas y técnicas, como de la calidad material de

los trabajos. La omisión de muchos e importantes trabajos recientes y anteriores obliga a continuar la investigación, selección y publicación de trabajos de este sector en el país.

Edificios para la industria Existe una arquitectura industrial en Colombia desde la Colonia, como lo han demostrado importantes trabajos de investigación sobre los ingenios de caña de azúcar, las fábricas de aguardiente y los molinos de trigo. Menos profunda ha sido, hasta ahora, la indagación sobre los edificios industriales en el siglo XIX y principios del siglo XX, con algunos trabajos sobre el caso del Valle del Cauca. La fábrica de Bavaria (1890s) en Bogotá, con estructuras metálicas importadas de Alemania, es caso raro en un período de primera industrialización del país(2). En las primeras plantas de energía sobre el río Bogotá (inicios del siglo XX) se montan armaduras de acero francesas(3). Se ha verificado cómo ya aparecen las primeras cubiertas metálicas para usos industriales en la década de 1930 de las que son ejemplo destacado los Talleres de los Ferrocarriles en Chipichape(4). En la época de la promoción industrial, inmediatamente antes y durante la Segunda Guerra Mundial, se dan crecientes construcciones de indus-

Con el cambio de siglo asistimos a una nueva familia de edificios industriales en el país que incorpora luces mayores, pequeñas pendientes, iluminaciones y ventilaciones integradas a la techumbre, cerramientos laterales livianos, diseños y fabricaciones que consideran las conveniencias de mantenimiento y demandas de calidad interior y exterior. Se va dando más frecuentemente la estandarización de elementos del conjunto. En las enormes superficies requeridas por la industria de flores se verifica una experimentación en busca de cubiertas de mayor durabilidad con aportes de perfiles metálicos y cables.

Vivienda Unifamiliar Como alojamiento temporal, para los colonos del Cabo, de Australia, y de California o los soldados de Crimea, los paquetes de pequeños edificios metálicos hacen carrera desde mediados del siglo XIX(7). Con la fiebre de la vivienda económica se promueven prototipos en Inglaterra, Alemania y los Estados Unidos en las décadas de 1920 y 1930(8) a partir de varios históricos concursos y proyectos que integran a arquitectos diseñadores con industriales. Estos proyectos muestran una rápida incorporación de elementos nuevos a la fórmula: partes más livianas en los esqueletos o entramados a partir de

Teatro Colón de Bogotá

lámina doblada, panelerías de cerramiento con desarrollos para control ambiental, plantas y secciones versátiles, fisonomías de vivienda desde lo tradicional hasta lo racionalizado, casas de catálogo. La prefabricación de vivienda en Colombia se inicia en los años 1940(9) con prototipos del ICT bajo el paradigma de piezas en concreto armado en proyectos piloto que exploran alternativas a la tradicional mampostería. En los años cincuenta se importan ocasionalmente casas de madera desde Finlandia y Canadá y en los setenta se inicia la promoción de alojamientos metálicos para campamentos con materiales livianos de fabricación nacional. SAC promueve un cobertizo ligero de usos múltiples que es ampliamente difundido en Colombia en sus áreas rurales. A finales de los noventa se retoma la promoción de nuevos prototipos de viviendas metálicas individuales en proyectos que integran a grupos de fabricantes y se exportan a países vecinos. Se exploran variantes de entrepisos metalcerámica que se ofrecen para el mercado de obras nuevas y ampliaciones. Finalmente, aparecen sistemas integrales de viviendas individuales en lámina delgada, con cerramientos y cubiertas metálicas, siguiendo el ejemplo de estas cons-

Historia

trias urbanas y rurales en todo el país, con armaduras metálicas generalmente remachadas y comúnmente configuradas con cerchas de perfiles angulares. Estas cubiertas van desplazando la usanza anterior de galpones con cubiertas en madera. Las empresas pioneras de la fabricación metálica en Colombia, establecidas en la década de 1940 (5), se ocupan de las cubiertas metálicas industriales que se convierten en sinónimos. Cuando se introducen las tejas de asbesto-cemento a principios de los años cuarenta, de los tejados en tejas de barro se ha pasado en algunas techumbres a láminas metálicas. Al lado de las mayoritarias cubiertas en celosías y en diente de sierra se proponen aporticados con vigas de alma llena de secciones variables conforme a la nueva usanza norteamericana. Ya en los cincuenta los sistemas como CENO permitirán un ahorro importante de peso a expensas de más trabajo en su elaboración. Con las soldaduras, más comunes en el país a partir de la década de los sesenta, se reemplazan remaches y apernados en las cubiertas. Las canaletas de asbesto-cemento, formuladas por Ortega a finales de los cincuenta, permitirán menores pendientes y mayores separaciones entre apoyos. Los perfiles tubulares estructurales ampliarán el espectro de materias primas desde los ochenta(6) y la utilización de perfiles en lámina formada en frío se extenderá sostenidamente para ir sustituyendo las acostumbradas armaduras de ángulos y redondos en los entramados de las cubiertas. La aparición de las tejas sin traslapo a finales de los noventa aportará un perfil muy plano de las edificaciones industriales y contribuirá a sistemas crecientemente especializados de aislamientos ambientales para estos espacios. En espacios como el de la Zona Franca de Bogotá se encuentran diversos ejercicios de tipificación y optimización de edificios metálicos, con novedades en cerramientos y techumbres. La arquitectura aporta, a través de los concursos, variantes a la silueta de las cubiertas industriales como en el proyecto de la Imprenta Nacional.

trucciones en áreas como Norteamérica, Europa y Chile(10). Aunque la penetración del mercado es aún muy baja en este aspecto, se presenta una oportunidad muy importante apoyada en la agilidad de realización y la sismoresistencia. Deben reconocerse distintas culturas constructivas regionales, como la del Antiguo Caldas, donde la tradición de liviana construcción temblorera favorece una actitud receptiva frente a entramados livianos en acero para la vivienda.

Historia

Edificios en varios niveles

El proyecto de Farrington para el edificio Pedro A. López es reconocido como el primer caso de edificación en esqueleto de acero en varios pisos en el país(11). Debe esperarse a la postguerra para que haya una serie muy importante de edificios, los más altos para la época en Colombia, con estructuras remachadas de pórticos en acero traídas de los Estados Unidos. Es muy interesante observar que se presentan también ejemplos de edificaciones de apartamentos y proyectos comerciales y de oficinas de menor escala en los que se desarrolla experiencia local en la fabricación o el montaje de este tipo de estructuras(12). El descenso del precio del café, la protección a la siderúrgica nacional, y el desarrollo de la educación técnica y la ca-

Edificio UGI Bogotá

Aparte de la construcción, hoy hacemos casi todo de lámina metálica –utensilios de cocina, muebles, automóviles y vagones Pullman.1

pacidad de producción del concreto reforzado son elementos principales de la limitación progresiva que fueron teniendo los edificios metálicos de varios niveles desde mediados de los cincuenta.

Algunos de los edificios altos en las décadas siguientes se escapan a la regla: en el UGI los esqueletos metálicos son a la vez encofrados móviles, tensores postensados y puntales en sección compuesta. Nuevamente, con las posibilidades comerciales y de intercambio técnico que plantea la apertura de comienzos de los noventa, se introducen los edificios metálicos con creciente visibilidad en viviendas, oficinas y centros comerciales. Se ha evolucionado de remaches y perfiles armados a soldaduras, pernos y perfiles laminados; de secciones simples a compuestas, de laminado en caliente a formado en frío. Al ritmo del cambio en materiales de divisiones, fachadas, cubiertas y entrepisos se ha sucedido, paso a paso, el reemplazo de los materiales anteriores por viguetas, vigas o columnas en acero. Se han introducido (Lugano) arriostramientos excéntricos y concéntricos (Andes Plaza) que se han aplicado a aporticados nuevos (Portal de la 80) o rehabilitados (Armenia). Se han experimentado ya edificios en lámina delgada, mezclas de sistemas en acero y concreto combinándolos en entrepisos, envigados y columnas, sistemas de cerramientos ligeros exteriores e interiores. En varios proyectos bogotanos el uso de

Hotel Andes Plaza Bogotá 1. Frank Lloyd Wright en In the Cause of Architecture VIII, Architectural Record 1928, incluido en Frank Lloyd Wright Collected Writings, Rizzoli, 1992

Edificio Terranova Bogotá columnas cajón en acero ha posibilitado las secuencias constructivas de sótanos. Y los acodalamientos temporales, o permanentes, provistos por los entramados metálicos han brindado seguridades en esas excavaciones. El acero ha facilitado la ampliación ágil sobre construcciones existentes (Andes Plaza, Alpina, Alianza Colombo Francesa). Se han adelantado varios edificios metálicos para parqueaderos en Bogotá, Cali y Medellín. En un número creciente de hoteles (Lugano, Holi-

Oficinas Johnson & Johnson Bogotá

day Inn, Santa Teresa), oficinas (Johnson & Johnson) y apartamentos (Terranova, San Sebastián, Ferrara) se han reintroducido los aporticados en acero de varios pisos desde 1992. Un caso emblemático de la nueva actitud es el de la sede principal de la Cámara de Comercio de Bogotá, con grandes luces en cerchas de acero postensadas, grandes aleros en entramados de acero y entrepisos que combinan acero estructural y concreto(13).

Los lugares de espectáculos están limitados, hasta el Teatro Colón (1890s), a formatos cubiertos restringidos(14). Con sus tejas y uniones metálicas, el entramado de madera de Cantini salva una luz importante y representa la introducción de técnicas europeas ausentes en nuestra construcción colonial. Los teatros, y después los cines, exigen edificios más amplios. En Barranquilla, Cartagena, Medellín, Bucaramanga y Bogotá se suceden nuevas techumbres a principios de siglo que cuentan con entramados metálicos. Muchas de estas estructuras servirán después como espacios con usos diferentes hasta encontrarse de nuevo, a partir de los años 70, en el modelo del centro comercial, como conjuntos de salas y ya no como servicios de barrio en edificios independientes, con graderías, cubiertas y cerramientos en los que se usa crecientemente la solución metálica por su ligereza y velocidad constructiva. A la mano están los nuevos sistemas de construcción en seco con indispensables elementos de acondicionamiento ambiental para reemplazar esqueletos, cerramientos y acabados tradicionales en estos espacios. Las corridas de toros empiezan en las plazas abiertas y evolucionan en corralejas de madera hasta construirse en los años 30´s las primeras estructuras en el reciente concreto reforzado. El fútbol y el béisbol empiezan a tener escenarios en concreto desde esa misma época que se amplían sucesivamente en las tres décadas siguientes. También se producen las primeras instalaciones suburbanas de clubes con utilizaciones de acero de interés arquitectónico (Los Lagartos, Country Club)(15). En los años sesenta en el país se comienzan a edificar coliseos deportivos donde las extensas cubiertas metálicas dominan desde un comienzo. En combinación con cables (Cali)(16) y explorando secciones móviles (Valledupar, La Macarena) estos edificios cubren distintas escalas en proyectos en todo el territorio. En casos de limitados plazos, las construcciones metálicas son la solución y así se realiza el Velódromo Luis Carlos Galán(17). Con

Historia

Edificios para espectáculos y deporte

el cambio de siglo, los complejos deportivos y de servicios adquieren nueva significación y se registran ambiciosas propuestas en nuevas formas arquitectónicas a partir de la disponiblidad de materiales y disciplinadas capacidades de ejecución de obras metálicas como en el Centro de Alto Rendimiento(18), Compensar(19), (20) y Acuaparque .

Historia

Edificios para la educacion

Ya en las propuestas para el campus de la UIS (1948) se observan elementos metálicos en sus cubiertas. Con el nuevo crecimiento de las instituciones universitarias en los noventa, se dan crecientemente casos de edificios metálicos como en la Universidad Sergio Arboleda, la UJTL(21), Universidad El Bosque, Universidad San Martín, Universidad La Gran Colombia, Escuela Colombiana de Ingeniería y la Universidad del Tolima, tanto en bloques de aulas, como de administración y servicios. El proyecto metálico se acomoda a la precisa programación de inicio de períodos académicos y a la versatilidad espacial requerida. No se ha dado en el país una sistematización constructiva en las edificaciones de la educación pública que permitiría, como lo hicieron en las experiencias inglesa, canadiense y californiana del SCDS, una racionalización que favorezca el uso de componentes industrializados(22). Surgen modelos de espacios de popularización de la tecnología como Maloka(23), donde se plantean domos ligeros en estructuras tridimensionales de exigentes condiciones ambientales.

Edificios de equipamiento y servicios Sin duda, la Aduana de Cúcuta inaugura el uso de edificios metálicos adquiridos en paquete(24). En Bogotá se utilizan elementos metálicos en sus galerías con el cambio de siglo. A cargo de la Casa Ulen(25) en los años 20´s se tienen casos de mercados como el de Las Cruces o plazas como la de Tunja donde los sistemas metálicos importados resuelven la necesidad

de programas constructivos apremiantes. Aunque se levantan importantes galerías de mercado en concreto armado, como en Armenia, la modernización de estos servicios urbanos considera las opciones metálicas (Palmira) en las décadas siguientes. Un inmenso proyecto de Central de Abastos en Bogotá (1972) se consigue desarrollar en plazo cortísimo con el concurso de agrupaciones de firmas de fabricaciones metálicas. Las cubiertas de los centros de

como Santo Domingo (1890) se reemplazan las averiadas cúpulas coloniales de mampostería por cúpulas metálicas más ligeras. En la iglesia de Tadó (Chocó) se usaron revestimientos metálicos sobre entramados de madera, como se acostumbrara en la Manizales de principios de siglo. En los años cincuenta y sesenta se dan interesantes casos de arquitectura y fabricación metálica en iglesias. Con mejoradas opciones para materiales de

Fabricación estructura edificio UJTL

La arquitectura moderna es la arquitectura de la libertad y el acero es su columna vertebral.2 exposiciones, como en Corferias y Medellín, ilustran variantes de cubiertas metálicas con diversos materiales y configuraciones desarrolladas en las últimas décadas. Las edificaciones de culto son un campo de proposición para sistemas estructurales y constructivos. De hecho, el primer uso registrado del metal en la construcción colombiana lo hemos identificado en el reforzamiento de la iglesia de San José en Popayán (1739) y así se refuerza la cúpula de San Ignacio en Bogotá (1802). En muchas iglesias,

tejado, los arquitectos contemporáneos están proponiendo novedosas formas en proyectos de esta clase. En la era de la aviación, después de su inicio en los veintes, los hangares metálicos dominan en las nuevas instalaciones. Solo ocasionalmente, como en Soledad, se utilizan arcos en madera laminada y pegada importados de Holanda. Después de décadas de edificios aeroportuarios en concreto, con excepciones como el Puente Aéreo de Bogotá, se consideran alternativas metálicas para los futuras propuestas de modernización de los aeropuertos concesionados. En el programa de bibliotecas y colegios públicos de Bogotá se demuestra la versatilidad de la nueva generación de cubiertas metálicas. Y en los proyectos

2. Christian Norberg-Schulz citado por Alberto Montealegre en Arquitectura y Acero, Instituto Chileno del Acero, por Francis Pfenniger y Horacio Borgheresi, ICHA, 2002

de varias sedes de la Fiscalía General de la Nación, seleccionados por concurso, se resuelven los sistemas estructurales mediante combinaciones con acero. Las terminales de transporte en las ciudades mayores se plantean amplios espacios con componentes metálicos desde los setenta y se exploran estructuras tridimensionales como en Medellín(26). Por supuesto, las grandes estaciones teminales de los recientes sistemas de transporte urbano (Portales) demuestran un definitivo avance en opciones constructivas y de acabado; sus estaciones intermedias(27) señalan una integración creciente de los equipos de diseño y la industria para conseguir objetos robustos y atractivos frente a las exigencias de sus amplios tráficos.

Edificio Ferrara Bogotá

Historia

Reforzamiento, intervencion y reciclaje La solidez original, y su valor patrimonial y económico, han ofrecido la posibilidad de reusar importantes edificaciones metálicas (Cavas y Falcas). En distintos casos, la rehabilitación o intervención en edificios históricos han considerado los elementos metálicos como cruciales respecto de la configuración estructural (Teatro Heredia), fisonomía tipológica (San Agustín) o comodidad (Capilla de El Campito). El sismo del Quindío determinó un importante programa de reforzamientos en el Occidente del país y se han cumplido significativos ejemplos de utilización del acero estructural como estrategia para rehabilitación de estructuras existentes(28) (Armenia, Palmira, Cali). Un caso peculiar de refuerzo ha sido la recuperación del Club El Nogal donde las secciones en acero prestaron una importante contribución al proceso(29).

Edificios comerciales Ya los pasajes comerciales de finales del siglo XIX en Bogotá iniciaron la utilización de metal y vidrio, conforme a la gran tradición europea que combina efectivamente estos materiales en la renovación urbana y arquitectónica. El espacio comercial ha requerido versatilidad interior y aporte de luz natural condiciones que la construcción metálica de entrepisos y cubiertas ha favorecido especialmente. El “mall” aparece en Colombia en los años 70´s y presenta propuestas en las configuraciones de sus techos traslúcidos, cada vez más visibles y protagónicos. Con perfiles tubulares para bóvedas (Granahorrar), secciones aligeradas en aluminio y vidrios (Bulevar Niza)(30) se ilustran los avances de los años 80. Este aporte se ampliará en la década siguiente a estructuras completas (Iserra)(31) que permiten secuencias constructivas Cavas y Falcas Bavaria Bogotá

adaptadas a las exigencias de suelos blandos y cortos plazos. En el período de las grandes superficies, las indiscutidas cubiertas metálicas facilitan un nuevo formato de grandes luces y alturas interiores. Gradualmente se introducen elementos del entrepiso metálico, como perlines y losas colaborantes (Palmetto, La Florida) para reemplazar las prácticas anteriores. Con la más diversa oferta de perfiles tubulares estructurales, y una sensibilidad a su expresión contemporánea, las marquesinas se desnudan y aportan geometrías elaboradas en detalles (Portal de la 80, Platinum).

Historia

El acero en combinacion con otros materiales

La construcción metálica no ha desplazado radicalmente a las prácticas y materiales que la antecedieron. Los entrepisos industriales del siglo XIX (Cavas y Falcas de Bavaria), por ejemplo, combinaban arcos en ladrillo y vigas en metal. El aligeramiento que supone el metal, y la precisión y limpieza de su montaje, sin embargo, van apoyando un ejercicio de rigor y consistencia en la selección e integración de las nuevas combinaciones materiales.

Sin el fundamentalismo de proponerse exclusivamente ladrillo o concreto o metal, y siguiendo ejemplos internacionales recientes, aparecen propuestas que combinan el acero con otros elementos. Las secciones mixtas de acero y concreto se van haciendo comunes en las columnas cajón y entrepisos de steel-deck desde comienzos de los 90´s (Lugano). Con fachadas ventiladas, con entramados y anclajes metálicos de soporte para lajas de revestimiento, se introducirá gradualmente una ingeniería de fachadas orientada a la construcción seca. Se dispondrá de una creciente variedad de sistemas de techos, combinando metal y otros materiales, y de una gama expan-

Una oficina de arquitectura solamente es concebible en la planta de fabricación de los materiales.3 dida de revestimientos y protecciones solares exteriores. Sobre postes en acero se apoyan vigas de madera laminada y colada (Crepes y Waffles Cali, UPB). Se multiplican las combinaciones: madera y acero (Hannover, La Calera); vidrio y acero (CEF Compensar, Pabellón del Café): piedra y acero (Luga-

no); piedra, ladrillo y acero (Ferrara); piedra y acero autopatinado (Cenizario); grandes prefabricados, vidrio y acero (Acuaparque); prefabricados en GRFC, caña brava, vidrio y acero (Wok); superboard, piedra, vidrio y acero (Parque de los Deseos); concreto vaciado en sitio, aluminio, vidrio, acero, madera (Escuela de Ingeniería), piedra engavionada, acero inoxidable, madera y cristal (Juan Valdez).

Obras civiles Los puentes prehispánicos en materiales vegetales antecedieron a los españoles de albañilería hasta la propuesta de Reed para entramados de madera con uniones metálicas. Los puentes metálicos se inician en Colombia con los numerosos colgantes en alambres para la arriería de mediados del siglo XIX. En modesta escala en sus comienzos, los puentes mayores de los ferrocarriles y los caminos se hacen en metal. Poco a poco se acumulará un patrimonio importante de estructuras metálicas en pleno servicio en gran parte del territorio. Algunos, como el del ferrocarril de Girardot, constituirán ejemplos de logística(32). Aunque aparecen los puentes en concreto, en especial a partir de la década de 1930, y los postensados en la de 1950, el puente metálico, fabricado en el país desde entonces, mantendrá una presencia dominante en las luces mayores. Entonces serán gran innovación los numerosos puentes urbanos y desde la década de 1980 competirán las propuestas metálicas con las de concreto y surge el uso del acero autopatinado (Avenida Boyacá, K5). Por entonces, ya se habrán dado propuestas de reforzamiento de armaduras metálicas de puentes mediante postensados, como las de González Zuleta para agilizar los procesos de rehabilitación de la infraestructura. En la década siguiente se ofrecerá, en el ámbito de las grandes mejoras del sistema de espacio público, una pluralidad de ejemplos en puentes vehiculares, peatonales y ciclopeatonales en varias ciudades del país.

Paradero Urbano en Bogotá 3. Jean Prouvé en Jean Prouvé de Nancy, Le Grand Tolier. En el libro ARCHITECTURE ET INDUSTRIE : Passé et avenir d´un mariage de raison, CCI, Raymond Guidot (ed),1983

Fabricantes y arquitectos, antes subalternos en el proceso, se sumarán al ingeniero para hacer puentes urbanos más ligeros y atractivos (Sopó). El puente modular metálico permitirá una inusitada participación de muchos fabricantes para hacer posibles grandes proyectos de infraestructura (Transmilenio) con las nuevas determinantes de agilidad, imagen y sostenibilidad. A la vista del gran público, la construcción metálica comprobará su adaptabilidad y eficacia. En el puente de Tercer Nivel de la calle 92 en Bogotá se verificarán las grandes escalas y agilidad de la fabricación metálica.

Objetos y mobiliario urbano Puente de Girardot cio público como Dinamismo (de Negret), el Ala Solar (donada por Venezuela a Bogotá) y las piezas alineadas en la vía a Eldorado (de varios autores). Series de versátiles objetos en metal, interpretadas por distintos artistas, poblarán las calles bogotanas. El conjunto de refugios peatonales y mobiliarios metálicos para el espacio público de Bonilla manifestará, a finales de los 90s, una política de enriquecimiento de la calidad de vida y un

propósito de sistematización de las intervenciones urbanas. Italo Calvino había sugerido la transparencia, la ligereza, la exactitud y la flexibilidad como atributos de la mentalidad del nuevo milenio. Asistimos a un innegable cambio de medios y modos de pensar como lo comprueba la amplia y diversa expansión de la construcción metálica en Colombia.

REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

13. 14. 15. 16. 17.

Ingeniero Civil, S.M.Arch.S, MCP, Profesor Asociado Facultad de Arquitectura y Diseño Universidad de los Andes Schoonewolff, Ricardo. Las Cavas y las Falcas. Monografía del curso Estructuras de Acero, U. de los Andes, 2002 Archivo EMGESA, sede principal, Bogotá Jaramillo, Eleuterio. Reseña histórica de los Talleres Centrales del Ferrocarril del Pacífico en Chipichape. Anales de Ingeniería Marzo 1934, V42, N485 Pinto, Yezid. Apuntes sobre el desarrollo de la construcción metálica de edificaciones en Colombia. Artículo resumen de su tesis de Especialización en Ingeniería, UN, 2005. Director Gabriel Valencia Clement. Artículo en la presente publicación. Vargas, Hernando. La construcción metálica en Colombia en época reciente. Conferencia en “Antioquia se construye en Acero” organizado por la Cámara ANDI-Fedemetal, Medellín, 2004 Gilbert, Herbert. The Dream of the Factory-Made House: Walter Gropius and Konrad Wachsmann. MIT Press, 1984 Cardona, Rodrigo. Construcción metálica de vivienda: Panorama de desarrollo de sistemas constructivos 1930-2005. Tesis en Ingeniería Civil, U. de los Andes. Director Hernando Vargas Caicedo, Vargas, Hernando. Cambio técnico en la edificación colombiana en el siglo XX. En el libro Cien años de arquitectura en Colombia. SCA, 2000. Sánchez, Angélica María. Sistemas constructivos metálicos en vivienda en Colombia. Monografía del curso Estructuras Metálicas. PUJ, 2004. Taborda, María Cecilia. Edificio Pedro A. López. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes. 2002 Gómez, Emilio José. Evolución de la construcción metálica en Bogotá: Bases para un contexto y estudio de casos. Tesis de Magíster en Ingeniería Civil, U. de los Andes. Director Hernando Vargas Caicedo, 2005. Vargas, Hernando. Documentación sobre el desarrollo del proyecto Sede Salitre de la Cámara de Comercio de Bogotá. Libro electrónico, 2004. Naranjo, Juan Pablo. Teatro Colón. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003. González, Nicolás. Club Los Lagartos. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2002. González, Lorena. Coliseo de Cali. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2001. Traslaviña, Luis. Velódromo Luis Carlos Galán. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2002.

18. Riascos, José Alfredo. Centro de Alto Rendimiento Coldeportes. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003. 19. Olano, Juan. CUR Compensar. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2002. 20. Corredor, Andrea. CEF Compensar. Monografía del curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003 21. Vargas, Hernando. Las estructuras metálicas para el edificio de Bienestar Estudiantil de la UJTL. Revista Construcción y Diseño, Año 1, No. 1, 1999. 22. Maldonado, Rafael. Historia de la arquitectura escolar en Colombia. UN, 1999. 23. Delgado, Fernando. Domo de Maloka. Monografía curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003. 24. Pardo, Paola. La Aduana de Cúcuta. Monografía del curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003. 25. Botero, Alejandro. Plaza de Las Cruces. Monografía del curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2001. 26. Poveda, Gonzalo. Terminal de Transportes de Medellín. Monografía del curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2002. 27. Fawcett, Lina. Estaciones de Transmilenio. Monografía del curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2001. 28. Areiza, Gilberto. Rehabilitación sísmica de edificaciones en concreto reforzado usando perfiles de acero estructural. Artículo en la presente publicación. 2005. 29. Orjuela, Jorge. La reconstrucción del Club El Nogal. Conferencia en encuentro de estudiantes ACFA, Bogotá, 2004. 30. Rodríguez, Germán. El domo de Bulevar Niza. Monografía en el curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003. 31. Riascos, José Alfredo. El Centro Comercial Iserra 100. Monografía en el curso Estructuras de Acero. U. de los Andes, 2003. 32. Alvarez Lleras, Jorge. Informe sobre el puente de Girardot. Anales de Ingeniería Mayo 1926, V33, N398. NOTA: El autor agradece la colaboración de sus alumnos, de sus colegas Pablo Espinosa y Elizabeth Alba, así como del profesor Jorge Pardo, compañero en el curso Estructuras de Acero de la Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad de los Andes como parte del Grupo de Investigación sobre Historia de la Técnica Constructiva en Colombia.

Historia

Desde el bronce para Bolívar de Tenerani, el metal aparece gradualmente en el espacio público. Las rejas del parque Santander, las fabricadas en La Pradera, las verjas del parque Centenario, las rejas de la plaza Santa Inés, los postes, faroles y quioscos de hierro fundido, las pérgolas en los accesos de sitios ilustres (Teatro Colón) ejemplifican, desde el siglo XIX hasta principios del siglo siguiente, la valoración de las posibilidades funcionales y expresivas del metal. Desde los 70´s la escultura contemporánea se expresa en construcciones metálicas sobre el espa-

Arquitectura Institucional

Biblioteca Pública de E.P.M.

Arquitectura Institucional

Criterios de zonificación y diseño

Uribe de Bedout Arquitectos

Se planteó una construcción con los siguientes niveles principales: • Un semisótano destinado a Universidad Virtual. • Un piso técnico para equipos y para baños de la Universidad Virtual. • Un nivel principal de acceso. • Un piso de Salas de lectura, consulta y capacitación. • Un mezzanine pequeño, destinado a biblioteca de consulta. • Una Terraza que alberga cubículos para investigadores y cuartos de máquinas. • Una cubierta principal.

Arquitectura Institucional

a biblioteca E.P.M. está ubicada en la ciudad de Medellín sobre la calle San Juan en el sector de Guayaquil, un sector que durante los últimos 35 años venía deteriorándose en forma alarmante.

Figura 1 Lámpara urbana

El área construida es de unos 10.500 m², con plantas de cerca de 90 m de largo por 35 m de ancho.

Arquitectura Institucional

El piso de salas de lectura, así como la terraza y la cubierta principal están constituidos por placas inclinadas respecto a la horizontal. El volumen del edificio presenta oquedades en los costados norte y sur, que operan como calles cubiertas que incorporan, por medio de rampas, la superficie del espacio público que se pliega desde la nueva Plaza de Cisneros. Esta operación permite recibir flujos peatonales desde los cuatro costados y evita que el edificio se convierta en una baFigura 2 pLanta 1

Figura 4 baLCón DE EStuDio

Figura 5 SaLa DE LECtura gEnEraL

Hacia la plaza se diseñó un espacio público más abierto con zona verde, espejo de agua y una gran plataforma en madera que sirve de terraza para los locales comerciales y a su vez de escenario para eventos. La elevación del nivel de la galería de acceso permitió que, después de apenas un año de inaugurada la biblioteca, el sector presente una mejora sustancial. Esta estrategia urbana logró que las Figura 3 ESQuina Sur oriEntaL

Arquitectura Institucional

rrera para la renovación del sector del costado occidental. Era necesario evitar que el edificio le diera la espalda a este sector altamente deteriorado, y por ello se decidió ubicar los accesos principales en el balcón cubierto creado sobre este costado.

Arquitectura Institucional

Figura 6 CortE tranSVErSaL

Figura 7 CortE tranSVErSaL

dos realidades culturales coexistieran sin entrar en conflicto. Esta decisión, que parecía contrariar la lógica de acceder desde la plaza, es la responsable del impacto positivo en su perímetro inmediato.

Figura 8 CaLLE pEatonaL

El proyecto aportó al ámbito público un deambulatorio vestibular de unos 1.600 m2 que protege a los peatones del sol y de la lluvia, a la vez que proporciona un recinto ideal para el intercambio, la convivencia y la socialización del conocimiento. La función de la biblioteca se extiende al exterior permitiendo la lectura y el estudio bajo el confort de este umbral sombrío (en Medellín la tempe-

Para ampliar el área de protección del transeúnte en el perímetro del edificio, las fachadas se desplazaron hacia el exterior con una inclinación aguda, logrando una proyección de sombra significativa sobre el espacio público. Esta operación, que a simple vista parece un capricho formal, es un instrumento de protección altamente efectivo que además evita la interrupción visual que producirían las columnatas de una arcada convencional. Esta decisión de cubrir espacio público sin el empleo de marquesinas o pórticos obligó a una exploración y a un especial diseño estructural en acero, capaz de resolver las altas exigencias de los grandes voladizos.

racionalidad de las plantas. Se logran diferentes lugares de estancia, no de paso, suficientes para garantizar que el usuario encuentre múltiples formas de habitar el espacio. De igual manera, el amoblamiento genera una variedad de posiciones de lectura y estudio, que facilitan al usuario permanecer durante largos períodos de tiempo. La distribución del programa se puede abstraer a modo de pirámide, con una base más pública con capacidad para muchas personas que permanecen poco

tiempo. A medida que se asciende la capacidad va disminuyendo y van aumentando los niveles de concentración y el tiempo de permanencia. La Biblioteca Temática E.P.M. es un valioso aporte en el desarrollo de nuevas tipologías para los futuros centros integrales de comunicación, educación y cultura, apoyados principalmente en los medios de la información virtual. El mayor reto del proyecto era lograr una fusión entre el espacio íntimo del

Todos los ángulos de inclinación fueron el resultado de un estudio bioclimático y de confort ambiental.

Por su exigente ubicación urbana, el edificio no podía estar volcado hacia su interior pero tampoco podía obviar la necesidad de concentración y de intimidad exigida por una biblioteca. Se decidió entonces acristalar grandes superficies para lograr una transparencia que permitiera la relación directa entre el interior del edificio y el espacio público, y servir de vitrina para una provocación cultural y de visor para una vigilancia ciudadana. También sirve de lámpara urbana sobre el espacio público circundante, proveyendo suficiente iluminación para la lectura y generando a su vez una noción de seguridad. Desde todos los recintos de la biblioteca se puede percibir la ciudad, y al deambular por su interior se rinde tributo constante al paisaje urbano y natural. La idea de diseñar una “Gran Caja Flexible” exigida por los especialistas se descartó. Los libros no se ubican en anaqueles metálicos en medio del espacio sino que, por el contrario, se adhieren a la estructura generando muros de libros que parecen soportar la biblioteca. En el edificio, los cambios de escala y las conexiones espaciales logrados por la riqueza de las secciones contrastan con la

Arquitectura Institucional

ratura promedio es de 30 grados centígrados). Se complementa con seis locales comerciales, una Galería de Arte Digital y una Cinemateca.

Figura 9 gaLErÍa DE artE VirtuaL

Arquitectura Institucional

interior (lectura-estudio) sin perder nunca una relación directa con el exterior y su importancia urbana en la ciudad. Gracias a esta determinante, para el diseño definitivo se abarcaron las diversas condiciones de confort. Para resolver esta particularidad fue necesario el estudio preciso de los espacios individuales. La característica más destacada es la generación de diferentes modos de aproximarse a la investigación en todos sus niveles: el usuario común o especializado se encuentra en diferentes situaciones físicas de estudio, por lo que esta cualidad fue determinante durante el proceso de proyecto.

Figura 10 DEtaLLE DE montaJE mEtáLiCo Y apoYoS

La construcción

inicio del montaje metálico montaje Escaleras

Lámina y conectores

Cerramiento en CLS

Arquitectura Institucional

montaje de estructura de acero

Losas en Steel Deck

FiCHa tÉCniCa DiSEÑoS Y EStuDioS

uribE DE bEDout arquitectos. DirECtor DE DiSEÑo: arq. Juan Felipe uribe de bedout. CoorDinaDor: arq. gerardo olave triana. EnCargaDo : arq. álvaro Criollo López. arQuitECtoS CoLaboraDorES: manuel Villa Largacha, andrés Castro amaya, Jheny nieto ropero, néstor riascos. SupErViSión DE obra: arq. Juan Felipe alarcón. DirECCión DE obra: unidad de Edificios de Empresas públicas de medellín. DiSEÑo intErior: uribE DE bEDout arquitecta Encargada: arq. andrea Sánchez. DiSEÑo EStruCturaL: respuestas Estructurales. ing. Francisco Javier pérez, ing. Jorge Villegas. DiSEÑo rEVEStimiEntoS: oswaldo Jaramillo. DiSEÑo ELÉCtriCo: Darío Calle, Daniel ramírez. DiSEÑo LumÍniCo: ECoLuZ. DiSEÑo HiDroSanitario: Fernando Salinas. DiSEÑo airE aConDiCionaDo: Jose tobar y Cia. Ltda. DiSEÑo rED Contra inCEnDio: aDmiriS Ltda. proYECto arQuitECtóniCo:

ConStruCtorES

Consorcio mgL - arquitectura y Concreto. industrias del Hierro CarpintErÍa mEtáLiCa: arquitectura y Concreto. rED ELÉCtriCa: inStELEC. rED airE aConDiCionaDo: aire Caribe. rED Contra inCEnDio: aCCEQuip. EStruCtura Y aCabaDoS: EStruCtura mEtáLiCa:

intErVEntorÍa

Francisco álvarez. Carlos augusto agudelo. rED ELÉCtriCa: guillermo mesa, León Darío bustamante. rED Contra inCEnDio: Jorge palacio. rED airE aConDiCionaDo: Jorge López. SupErViSión gEnEraL:

EStruCtura Y aCabaDoS:

aSESorÍa ambiEntaL Jorge Hernán Salazar, ader garcía, alexánder gonzález. FotograFÍaS Sergio gómez, Carlos tobón, gerardo olave.

Arquitectura Institucional

Proyecto estructural

Biblioteca Pública de E.P.M. Ing. Francisco Javier Pérez V. Respuestas Estructurales Ltda.

Descripción del proyecto estructural

rían a dimensiones muy grandes de las vigas y de los apoyos verticales y, sobre todo, porque las deformaciones verticales serían difíciles de controlar.

n la dirección más corta se previeron pórticos de 21.8 m de luz, con voladizos variables que alcanzaban hasta unos 11 m de longitud. Estos pórticos tenían espaciamientos variables (dirección N-S) de 2.4, 2.9 y 4.35 metros.

alternativas consideradas

Las únicas alternativas prácticas viables para el planteamiento arquitectónico, construibles con tecnologías locales, eran: • Estructura sismo resistente en pórticos de concreto postensado para la dirección transversal, y pórticos o muros de concreto (pantallas) en dirección longitudinal. Las placas podrían ser de concreto, macizas, de 10 cm de espesor, armadas sobre las luces de 2.4 y 2.9 m; para las luces de 4.35 m podrían plantearse losas nervadas para aligerar un poco las cargas muertas. • Pórticos metálicos en dirección transversal (E-W), con losas en lámina colaborante o “steel-deck” armadas en dirección N-S (construcción compuesta). El sistema sismo resistente para la dirección longitudinal (N-S) podría ser de muros delgados de concreto o bien con riostras metálicas.

La presencia de luces importantes (21.8 m entre apoyos y voladizos de cerca de 11 m de longitud) obligó a descartar soluciones estructurales en concreto reforzado convencional, porque lleva-

La solución en concreto postensado se descartó por los siguientes inconvenientes respecto a la solución con estructura metálica:

Premisas estructurales La estructura del proyecto debía cumplir los requisitos usuales de seguridad, funcionalidad y economía, así como también un tiempo de construcción reducido. La funcionalidad se buscó mediante el empleo de luces generosas, espesores mínimos de las estructuras de piso y posibilidad de perforaciones dentro de la estructura (pantallas y vigas) para paso del aire acondicionado y demás instalaciones. Dadas las grandes luces, se requería un control cuidadoso de las deflexiones verticales de la estructura y también debía procurarse que las vibraciones que pudieran presentarse fueran tolerables para los usuarios. La economía y el tiempo corto de construcción se buscaron analizando varias alternativas de materiales y eligiendo un sistema de construcción apropiado. Para

Figura 1 EsquEmas gEnEralEs (gEomEtría)

reducir los efectos sísmicos se planteó una estructura liviana.

• Muros de concreto (pantallas). • Solución mixta: pares de columnas metálicas enlazadas mediante vigas metálicas e integradas entre sí mediante pantallas de concreto para conformar una sección compuesta bastante rígida.

En vista de las consideraciones anteriores y ante la urgencia de la construcción, la solución estructural se enfocó a optimizar la alternativa de estructura metálica.

Después del análisis sobre su eficiencia estructural y constructiva se escogió la solución mixta de vigas metálicas y pares de columnas en cada extremo de la luz central, integradas mediante muros o pantallas de concreto.

sistema sismo resistente transversal – Dirección E-W

sistema sismo resistente longitudinal – Dirección n-s Para esta dirección se consideró la posibilidad de conformar riostras metálicas o bien pantallas de concreto sobre los módulos de 2.9 m, colocadas entre las pantallas de dirección E-W. Se optó por la solución con pantallas en concreto que funcionan al acoplarlas con las pantallas de dirección E-W pues conforman secciones de concreto con aletas (forma de H).

Se contemplaron las siguientes posibilidades de conformación de dichos elementos verticales de apoyo (pantallas) en los extremos de la luz central: • Pares de columnas metálicas, enlazadas por vigas cortas (aproximadamente 1.4 m libres) en los niveles de las placas; estas vigas serían continuas, resistentes a momento flector, tanto en la luz central como en los voladizos. • Pares de columnas metálicas, como en el caso anterior, enlazadas mediante vigas y además mediante riostras, todas metálicas.

.019

.011

.009 .007

.024

.009

.007

.014 .020

.022

.024

.001 .000 .000

.002

.000

.001 .001 .000

.017

.000

.010

.018 .031

.000

.020

.005 .002

.074 .059 .050

.054

.044

.046 .041

.003

.029

.001

.007

.002 .002 .001 .000

.004

.000

Figura 2 DEFlExionEs Por carga vErtical, Pórticos En borDEs DE vacíos (sErvicio)

.072

.070

.062

.013

.054 .006

.068

.064

.004 .003

.003

.002

.072

.011

.005

.004 .003

.009

.007 .007 .006

.012

Para ayudar al control de las deformaciones verticales de los voladizos notables existentes en dirección E-W en algunos niveles de los pórticos principales, se decidió unir los extremos del piso de salas de lectura con los extremos de la cubier-

Para cargas verticales se conformaron en la dirección corta (E-W) pórticos de vigas metálicas continuas con pantallas de sección compuesta. Las separaciones

.021

.029

Para la resistencia y rigidez sismo resistente de la dirección N-S se conformaron pantallas dobles de 10 cm de espesor, separadas unos 0.6 m entre centros, situadas cerca de los ejes de las pantallas de dirección E-W y llenando las luces de 2.9 m.

sistema estructural completo

.009

.033

.007 .007

.006

En dirección N-S, la losa superior se planteó con lámina colaborante o steeldeck de 3”, más 7.5 cm adicionales de concreto sobre las crestas de la lámina. Se buscó así soportar las luces pequeñas sin necesidad de perfiles metálicos adicionales y además reducir las eventuales vibraciones de la estructura, gracias a la rigidez alta que se logra y acomodar las barras de refuerzo negativo que eventualmente requieran las vigas continuas de los pórticos principales.

Para la resistencia y rigidez sismo resistente de la dirección N-S se conformaron pantallas dobles de 10 cm de espesor, separadas unos 0.6 m entre centros

Dadas las luces notables, y para poder controlar las derivas sísmicas, el sistema sismo resistente de la dirección transversal (E-W) requería la incorporación de pantallas o riostras para llegar a dimensiones razonables de los elementos metálicos. Se plantearon pantallas de 1.8 m de longitud en los extremos de la luz central de 21.8 m.

.024

entre pórticos son variables, dictadas por el proyecto arquitectónico: 4.35, 2.9 y 2.4 m entre centros. Estos pórticos principales llevan en los extremos de su luz central de 21.8 m de luz entre centros, pares de columnas metálicas tipo HEA220, separadas 1.59 m entre centros, que en la etapa final se integran mediante pantallas de concreto. Las vigas son de sección compuesta tipo IPE600, con losa superior integrada mediante conectores de cortante.

.046

.031 .019

.020

.024

.013 .012

.000

.007

.000

.009

.007

.000

Figura 3 DEFormacionEs bajo EsPEctro inElástico E-W

.013 .012

.000

.015

Arquitectura Institucional

a) exigiría vigas relativamente voluminosas, b) con una estructura resultante relativamente pesada y c) con un tiempo de construcción extendido por el proceso de fraguado previo al postensado.

ta mediante elementos metálicos tubulares, que servirían al mismo tiempo para conformar y para soportar la ventanería. Estos elementos se arriostraron en altura cada 2.4 m aproximadamente, también con elementos tubulares.

191.91 158.14

18.64

74.73 24.26 5.99

36.87

46.62 87.85

-18.64

-39.13 -29.37

3.91

-6.5 5.29 2.84 0

-10.19

0.26

122.68

105.16 -42.52

13.56 36.82 21.78

Arquitectura Institucional

análisis por computador

109.35

0.23

-26.37

71.67 -19.42

-11.25 -57.77

66.28

0.21

23.21

15.12 -1.64

-17.16

-7.39

26.81

-19.26

-0.03

20.68

0.21

60.62

0.45

6.7

Figura 4 momEntos FlEctorEs – carga vErtical, Pórticos En borDEs DE vacíos (sErvicio)

0.51

-3.38

-5.44

-7.26

-2.24

-3.97

0.21

0.42

-0.23

-35.92 0.03

-19.22

2.93

-68.36

3.85

-0.42

1.71

-44.92

-0.41

-30.08

-21.48 10.85 0

-35.87

Para la etapa de construcción se consideró como carga muerta el peso propio de la estructura metálica más el peso de la losa tipo steel-deck. Como carga viva durante la construcción se tomó 1.2 kN/ m², que equivalen a unos 70 kN o unas 100 personas para un módulo representativo de 21.8x(2.4+2.9)/2 m².

23.58 50.38

-58.36

0.25 0.24

-2.46

-2.86

-27.51

-48.64

42.07 70.59

-3.29

-15.98

-24.18

-12.51 50.14

Todos los perfiles metálicos son de fy = 350 MPa (Grado 50, ASTM A572).

Etapa de construcción

40.54

-7.33

13.53 17.76 11.4

-25.95

Se armaron varios modelos para el programa STAAD y se consideraron las situaciones de funcionamiento de la estructura durante la etapa de construcción y la etapa final. Para esta última se llevó a cabo análisis dinámico espacial. Las placas tipo steel-deck se modelaron como elementos finitos de espesor equivalente (0.12 m).

-32.33

-51.74

-8.96

50.69 -3.66

16.8

-0.32

-0.03

-10.91 -58.83

2.19

0.25

2.69 4.41

-8 -1.29

-0.18 0.48 1.15

13.5

6.1

-0.74

6.14

33.8 40.25

-0.39

-11.56 -8.37

-4.57

-0.76

64.03 87.81

3.73

10.78

0.08

11.59 8.12

-6.93

28.91 60.68

92.45

-1.84 0

-1.05 0.24 1.53

Figura 5 momEntos FlEctorEs – sismo E-W, Pórticos En borDEs DE vacíos (sErvicio)

Se decidió que las luces principales debían apuntalarse provisionalmente durante la construcción para evitar el problema mencionado.

Para efectos sísmicos se consideró el espectro dado para Medellín por la Norma NSR-98, con los siguientes parámetros:

Etapa final Para la etapa final se utilizaron las siguientes cargas (valores de servicio):

aa = 0.20 s = 1.2 i = 1.1 (grupo de uso ii)

Carga muerta Peso de las losas de concreto

2.80

kN/m²

Acabados

1.50

kN/m²

Otras (instalaciones, particiones)

1.00

kN/m²

Carga muerta total

5.30

kN/m²

Peso de las vigas principales

1.22

kN/ml

Carga viva predominante (salas de lectura)

2.00

kN/m²

Para los depósitos de libros su carga de servicio se estimó como 2x0.3x2.5x10.0 ó

15.00

kN/ml

Se efectuó un análisis sísmico dinámico espectral y se especificó combinación modal CQC (Complete Quadratic Combination). Se consideraron 15 modos de vibración, con lo cual la participación de los modos considerados llega a valores del 98 % de la masa total en ambas direcciones (E-W y N-S). Los resultados del análisis dinámico fueron:

Período fundamental en dirección E-W: 0.44 s Período fundamental en dirección N-S: 0.60 s

Las derivas inelásticas máximas resultaron de 0.55 % veces la altura de piso en dirección N-S y de 0.62 % veces la altura de piso en dirección E-W, valores adecuados, según la Norma NSR-98, que permite derivas hasta del 1.0 % de la altura de piso.

sensibilidad a vibraciones En vista de la existencia de luces notables (20 m libres), se verificó la sensibilidad de la estructura ante vibraciones ambientales, según la metodología de Murray T., Allen D., Ungar E. – Floor Vibrations Due to Human Activity – Steel Design Guide Series 11, AISC, 1997. Se encontró una frecuencia fundamental de vibración vertical de 4.1 Hz y, para

cimentación Según información del ingeniero geotecnista encargado de las Recomendaciones de Suelos, Bernardo Vieco Q., la capacidad de soporte del terreno por debajo de los niveles previstos para el sótano era del orden de 400 MPa (40 t/m²). La solución de cimentación se planteó, entonces, en zapatas aisladas para las diferentes columnas y pantallas, amarradas con una retícula de vigas de concreto.

usando concreto de muy baja retracción de fraguado y autonivelante; también deberían preverse ventanas laterales de vaciado y agujeros de salida del aire desplazado por el concreto, o algún otro sistema para asegurar el contacto completo del concreto de las pantallas con los perfiles metálicos que lo enmarcan. Otra opción era usar para las vigas dos secciones en canal, equivalentes al perfil IPE600 planteado inicialmente, soldadas lateralmente a las columnas metálicas y conectadas entre sí a través de la pantalla de concreto, lo cual dejaría ventanas verticales que facilitarían el vacia-

-0.66

Proceso constructivo Se consideró el siguiente proceso constructivo, bastante ágil: 1. Construir las zapatas de cimentación. 2. Levantar las columnas metálicas con su altura completa. Estas columnas podían fraccionarse para su transporte a la obra, donde se ensamblaban. 3. Colocar las vigas metálicas de un piso y fijarlas a las columnas. 4. Colocar las láminas del steel-deck y asegurarlas bien a las vigas metálicas para que les sirvieran de arriostramiento durante el vaciado posterior de los concretos de las losas. 5. Arriostrar provisionalmente en dirección N-S las columnas metálicas para evitar problemas de estabilidad durante el vaciado de las losas. 6. Apuntalar las vigas metálicas hacia el centro de la luz de 20 m libres y en las puntas de los voladizos para evitar deflexiones excesivas durante la construcción de las losas. Así se evitaban también excesos de consumo de concreto y aumentos imprevistos de la carga muerta. 7. Fundir las losas tipo lámina colaborante o “steel-deck”. 8. Las pantallas de concreto de cada piso podían fundirse antes o después de construido el steel-deck,

-0.29

-5.3

-0.45

do de las pantallas, pero las canales tendrían que ser armadas en taller y resultarían más costosas que las IPE600 planteadas en principio. 9. Los pasos 3 a 8 debían repetirse para los diferentes pisos. 10. Construir los micropilotes y luego las vigas de amarre de fundación y la placa de subpresión. Es posible que el nivel freático real que aparezca después de estabilizadas las excavaciones esté más profundo de lo encontrado hasta ahora (1.0 a 1.4 m bajo el nivel de la calle) y que entonces no se requiera la placa de subpresión o que esté poco exigida.

0.08

-0.68

-0.29

-17.28 -0.45

-0.49

-5.3

0.42

-17.28

0.42

22.32

0.02 0

22.32

-0.53

25.41

-0.99

22.32

-3.51

-0.99

-0.53

-0.03

Arquitectura Institucional

un coeficiente de amortiguación del 3%, se obtuvo una aceleración vertical máxima, debida a “walking excitation”, de 0.25% g. La Norma Internacional ISO 2631-2, 1989, acepta aceleraciones hasta de 0.5% g para oficinas y residencias, por lo cual la estructura planteada también se considera idónea en este aspecto.

1.17 1.17

25.41 -1.59 0.37

1.17 -1.59

25.41

19.24

-1.02

10.34

-0.26

18.89

-2.34

17.65

-0.76

-0.26 -2.34

0.37

13.21

0.37

13.21

17.65

0.72

0.37

13.21

17.65

0.72

-0.76

0.72

Figura 6 FuErza cortantE – sismo E-W, Pórticos En borDEs DE vacíos (sErvicio)

STRESS CONTOUR 4.54 9.06 13.58 18.1 22..62 27.14 31.66 36.18 40.7 45.22 49.74 54.26 58.78 63.3 67.82 72.34

Figura 7 EsFuErzos En Pantallas y DiaFragmas, sismo E-W (sErvicio)

Anรกlisis

Criterios sobre protecci贸n pasiva contra incendios Luis Mariano Upegui

An谩lisis

Ingeniero Civil CALORCOL S.A.

116

Un estudio de normas contra incendio y sistemas de protecci贸n para las edificaciones. FigUra 1 antes de aplicar Firestopping

Diariamente se presentan situaciones de riesgo a causa de llamas o igniciones que se producen por un incremento no controlado de calor y que han aumentado considerablemente la mortalidad, pérdidas industriales y la desaparición de edificaciones. La protección pasiva contra incendios es la articulación de actividades compuestas por diferentes elementos y soluciones que, desde la prevención, pueden ser adoptadas para minimizar pérdidas, tanto humanas como materiales en caso de incendio; además de impe-

dir o retrasar su propagación y facilitar su extinción. Dentro de la protección pasiva hay dos campos básicos de acción. En primer lugar, el Firestopping o sellamiento de penetraciones consiste en el uso de materiales que proporcionan la capacidad de impedir la propagación de las llamas y humos a través de penetraciones o juntas. En segundo lugar, el Fireproofing es el revestimiento que se le hace a las estructuras metálicas con productos ignífugos, para aumentar la estabilidad al fuego de los elementos estructurales metálicos hasta los limites requeridos, en donde el material aplicado funciona como aislante térmico que disminuye de forma efectiva el flujo de calor. Para garantizar el logro del propósito del Firestopping, se emplean materiales elastoméricos que pueden ser intumescentes y, además de ser incombustibles, se expanden ante el fuego evitando la propagación del mismo. También son utilizados otros elementos ignífugos como la lana mineral de roca, que sirve para sellar las cavidades en muros, losas o techos, proporcionando aislamiento térmico, estanqueidad al fuego y no emisión de gases tóxicos. Para garantizar el objetivo del Fireproofing se aplica un espesor del producto incombustible a las estructuras metálicas. El material aislante de protección debe cumplir una serie de requisitos, como son estabilidad a temperaturas elevadas. reducida conductividad térmica, fácil mecanizado y montaje, resistencia mecánica (capacidad autoportante) y durabilidad, compatibilidad con el acero y otros materiales. Las principales normas nacionales e internacionales en materia de protección contra el fuego son las ANSI/UL 263 (E.E.U.U), NFPA 251(E.E.U.U), ISO 834 (rigen internacionalmente), UNE 23-721 (Española) y NTC 1480 (Colombiana).

FigUra 2 despUés de aplicar Firestopping

En Colombia el marco legal en materia de protección contra incendios es

Análisis

conceptos generales

117

• M5 Materiales que no entran en las clasificaciones anteriores.

Análisis

FigUra 3 FireprooFing

118

la NSR98 en su título J, que se refiere a cuándo una edificación debe ser protegida contra el fuego, según su destino, área por piso edificado, número de pisos y otras características de la construcción. Con esta norma se determina cuánto tiempo de protección ante un incendio requiere la obra civil (1/2 hora, 1 hora, 1 ½ hora, 2 horas, 3 horas). Dependiendo del tiempo establecido por la norma y del material especifico de recubrimiento, se establece el espesor por aplicar de revestimientos antifuego, que deben estar homologados por un laboratorio de ensayos de acuerdo con las normas antes mencionadas.

términos de la normativa colombiana Para la protección frente al fuego, los materiales por utilizar en Colombia se rigen por la NTC 2435 en vigas, columnas y otros componentes para conformar elementos constructivos ignífugos, regidos por la NTC 1480. La serie allí clasificada incluye las clases: • • • • •

M0 No combustibles M1 No inflamables M2 Difícilmente inflamables M3 Medianamente inflamables M4 Fácilmente inflamables

Se define la Estabilidad al fuego (EF) como el comportamiento de un elemento constructivo, sea portante o no, que garantiza durante un tiempo determinado su estabilidad mecánica frente a la acción del fuego. Se expresa la Estanqueidad al fuego (parallamas, RF) como el comportamiento de un elemento constructivo sea portante o no, que garantiza durante un tiempo determinado, la estanquidad a las llamas o gases. Se presenta el Aislamiento térmico como la resistencia térmica suficiente para impedir que se produzcan en la cara no expuesta al fuego, temperaturas superiores a 220 °C, según la Norma NTC 1480 Comportamiento frente al incendio de Elementos Metálicos.

definiciones básicas en ingenieria de protección al fuego sector de incendio Las zonas con riesgo compartimentado se denominan sector de incendio. Este debe asegurar que un incendio declarado en su interior no se transmitirá, en un tiempo preestablecido, a los sectores vecinos. Lograr que sean de volumen reducido es un objetivo de la protección estructural.

trayectoria seguida por la temperatura y su límite máximo. Es decir, estas curvas corresponden a situaciones límite de carga térmica con materiales de todo tipo (corresponden a incendios experimentales realizados)

resistencia al fuego Se entiende por elemento o estructura resistente al fuego durante un tiempo determinado cuando no disminuye su resistencia característica al ser sometido a las condiciones de la curva de fuego (curva tiempo temperatura), en el tiempo pretendido. Los elementos constructivos se clasifican en función de su resistencia al fuego, distinguiéndose los tipos: RF-30, RF-60, RF-90, RF-120, RF-180 Y RF-240. Las siglas RF significan resistencia al fuego, y el número indica los minutos de duración de su resistencia.

compartimentación horizontal Tiene como finalidad dificultar la propagación horizontal del fuego (y humos). Los elementos de protección actúan limitando la transmisión de calor, impidiendo el derrame de líquidos combustibles, y en definitiva delimitando sectores de incendio.

separación por distancia Es la medida idónea para reducir la conducción y radiación de calor de unos combustibles a otros o entre edi-

La velocidad de crecimiento de la temperatura, el valor máximo de la misma y su duración serán diferentes de un incendio a otro.

curva de temperaturas La velocidad de crecimiento de la temperatura, el valor máximo de la misma y su duración serán diferentes de un incendio a otro. La homologación de materiales de protección de estructuras exige medir su comportamiento frente al fuego, para ello se ha definido en la normativa una curva temperatura-tiempo, en la que para un tiempo determinado se representa la

ficios, siendo una de las formas de separar sectores contra incendios. Su defecto es precisar de espacios abiertos no disponibles en muchos casos. Es una solución aplicable especialmente en fase de proyecto o en la distribución en planta.

Muros o paredes cortafuegos Son muros de carga, de cerramiento o de separación construidos con materiales

incombustibles, que dividen al edificio en zonas aisladas entre sí, definiendo sectores de incendio. Su resistencia al fuego debe ser acorde con las necesidades. Se clasifican y nombran RF-30, RF-60, RF90, RF-120, RF-180, RF-240. El grado de resistencia al fuego de un muro debe estar en relación al riesgo que debe confinar. Sus aberturas serán las mínimas posibles, y estarán protegidas con puertas y ventanas adecuadas contra incendios, con una RF de un grado igual al del muro. En caso de naves con techo poco resistente, con ventanas próximas, etc., los muros deben sobresalir lo suficiente para cerrar el paso a las llamas.

compartimentación vertical

Análisis

Las corrientes de convección que establecen los gases calientes (humos) del incendio, que ascienden rápidamente por cualquier conducto al que tengan acceso, son el objetivo de las barreras verticales resistentes al fuego. Aparte de las aberturas verticales típicas (cajas ascensores, huecos escaleras, etc.) se debe prestar especial atención a los conductos empotrados y no previstos para la conducción de humos, tales como conductos de aire acondicionado, bajantes de servicios para cables y conducciones, que pueden propagar incendios a zonas alejadas del foco inicial. Los elementos de lucha más comunes se analizan a continuación:

119

cortafuegos en conducto En todos los conductos citados anteriormente y en especial donde atraviesan muros, se debe disponer estratégicamente amortiguadores de fuego o cortafuegos que impidan el flujo de humos a través.

FigUra 4 cortaFUegos

pedir un debilitamiento de su resistencia que provoque el desplome de la planta superior.

garantizando alta resistencia al fuego y con puertas cortafuego protegiendo sus aberturas.

Huecos verticales

Ventanas

Son los huecos de escaleras, montacargas, ascensores y otras aberturas verticales que constituyen caminos idóneos para el desarrollo vertical del incendio a otros sectores. Deben de hacerse de materiales incombustibles,

Representan un camino fácil de propagación vertical entre plantas del mismo edificio, u horizontal entre edificios próximos o contiguos. Al calentar el cristal, las llamas lo rompen y al salir a fachada irradian calor hacia las ventanas

entrepiso Es el elemento que habitualmente debe impedir el desarrollo vertical del fuego. Dicho forjado debe ser incombustible, y asegurar una resistencia al fuego acorde con las características esperadas para el incendio. Tiene una doble misión: impedir el desarrollo vertical del fuego e im-

de los edificios próximos, alcanzan las ventanas de la parte superior, cuyos cristales rompen y permiten la penetración de las llamas en el interior. Si hay combustibles en su proximidades, la propagación está asegurada. Por esto en los edificios con alto riesgo de incendio se debe limitar en lo posible la presencia de ventanales y los que se instalen deben tener marco metálico y montar vidrio armado que, aunque se rompen, no dejan huecos a las llamas. Una protección eficaz para las ventanas son los salientes de los entrepisos, que obligan a las llamas a separarse de fachada (subsistiendo sin embargo el efecto radiante).

Análisis

protección al fuego de estructuras metálicas Muchas estructuras portantes metálicas de los edificios en la actualidad están constituidas por perfiles normalizados

de acero (aleación de hierro y carbono) con una elevada capacidad para absorber las demandas mecánicas. La acción del fuego sobre el acero modifica la plasticidad del mismo y rompe el equilibrio de las tensiones de trabajo previstas, con lo que se origina una pérdida de la estabilidad de la estructura. La temperatura a partir de la cual aparece el fenómeno de plasticidad, permite valorar la resistencia al fuego de los elementos estructurales. Dicha temperatura es bastante baja y se alcanza con facilidad en toda la masa de la estructura, debido a la elevada conductividad térmica del acero. A partir de una temperatura de 250 ºC, se modifican la resistencia y el limite elástico del acero. A partir de una temperatura de 538 ºC (denominada temperatura critica) la caída de la resistencia es muy acusada, con lo que la estructura no puede soportar la carga de diseño. Otro efecto negativo es la dilatación producida en los elementos que constituyen la estructura, aumen-

tando las tensiones que pueden producir el colapso de la misma.

ejemplos de aplicaciones de firestopping rejilla intumescente Son componentes industriales adecuados para áreas que requieren ventilación pero que tienen que protegerse contra el fuego y se colocan en conductos de ventilación de aire, puertas cortafuego, muros. Su sellado contra fuego tiene una resistencia al fuego y al humo de hasta 4 horas.

sacos intumescentes Son productos de la industria que actúan como sellado resistente al fuego, eficiente y práctico, que permite cambiar las instalaciones en un paso de sector de incendios, tantas veces como sea preciso. Es posible así una reinstalación del sellado sin sobrecosto ni disminución de eficacia con una resistencia al fuego de hasta 3 horas.

120

FigUra 5 sacos intUMescentes

FigUra 6 rejilla intUMescente

Estructuras de acero en situación de incendio Análisis

Valdir Pignatta e Silva Profesor Doctor de la Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo, Brasil.

121

Seguridad contra incendio Los objetivos fundamentales de la seguridad contra incendio son minimizar el riesgo de vida y reducir pérdidas patrimoniales. Entiéndase como riesgo de vida la exposición severa a humos o calor de los usuarios de edificios y, a menor nivel, el desprendimiento y la caída de elementos constructivos sobre los habitantes o los equipos de combate de incendio. La principal causa de muerte en incendios es la exposición a los humos tóxicos que se pre-

sentan en los primeros momentos del siniestro. Por tal razón, la seguridad de las personas depende principalmente de la rápida evacuación del ambiente en llamas. Los edificios de dimensiones pequeñas son de fácil evacuación, requieren pocos dispositivos de seguridad y no necesitan que se verifique la seguridad contra incendio de la estructura, pero los edificios de gran tamaño que presentan dificultades para evaluar el tiempo de evacuación y en los que un eventual desprendimiento puede afectar al vecindario o al equipo contra

incendio, exigen mayor seguridad y verificación del comportamiento de la estructura frente a incendios. La pérdida patrimonial es la destrucción parcial o total de la edificación, de los contenidos y terminaciones del edificio siniestrado. No basta identificar el posible daño que el fuego causa a la propiedad, sino que por razones económicas también es necesario evaluar la magnitud del daño que puede ser considerado tolerable a fin de minimizar los costos mediante dispositivos de seguridad (Figura 1).

Pérdidas patrimoniales ($)

pérdidas patrimoniales + costo de protección

•

pérdidas patrimoniales

•

Análisis

Figura 1- CoSto de La proteCCión Contra inCendio

122

El nivel de seguridad patrimonial debe ser definido por el propietario del inmueble. Los códigos y normas generalmente estipulan el nivel mínimo de seguridad contra incendio para la seguridad de la vida o el patrimonio de terceros. Un sistema de seguridad contra incendio consiste en un conjunto de medios activos (detección de calor o humo, rociadores, brigada contra incendio, etc.) y de medios pasivos (resistencia al fuego de las estructuras, compartimentación, etc.). Es parte del ser humano exigir seguridad en su vivienda y lugar de trabajo. Por ello, la seguridad contra incendio es considerada habitualmente en el proyecto hidráulico, eléctrico y arquitectónico. Actualmente se reconoce que esta consideración también debe ser parte del proyecto de estructuras de edificaciones de gran tamaño o riesgo, en vista de que los materiales estructurales pierden su capacidad de resistencia en situaciones de incendio. Los países desarrollados consideran que la seguridad contra incendio es una ciencia que se estudia, acepta y aplica. La ingeniería de seguridad contra incendio en lo que se denomina primer mundo, forma parte de la malla curricular en las escuelas y se dictan cursos de grado y posgrado en «Fire Safety Engineering». Pero en los países en desarrollo poco se aplican los métodos científicos de seguridad contra incendio que conducen a soluciones seguras y económicas.

La ingenieria de seguridad contra incendios La seguridad contra incendios (Fire Safety Engineering) permite demostrar con precisión si la estructura de acero requiere o no requiere revestimiento contra incendio, y si es utilizado, cómo minimizar su costo. Esa área aplicada a la ingeniería estructural es conocida como Ingeniería de Estructuras en Situación de Incendio (Structural Fire Engineering) y para su aplicación es imprescindible el uso de software. Aún no existe un software que reúna toda la tecnología disponible para enfrentar en forma global el problema de la seguridad estructural, por lo que es necesario aplicar un conjunto de programas computacionales. Un proyecto completo debe seguir todas las etapas que se describen a continuación, aunque el problema puede ser analizado en forma parcial realizando tan sólo algunas de esas etapas. La decisión la debe tomar el ingeniero especializado en diseño de estructuras en situación de incendio: •

•

Determinación del tiempo de evacuación. Existen programas de software que modelan matemáticamente la actitud humana en incendios y su comportamiento frente a las rutas de escape disponibles, tales como: EXODUS (Universidad de Greenwich) y CRISP (BRE-- Building Research Establishment de Gran Bretaña). Determinación de la potencia térmica (Heat Release Rate) o del campo

•

de la temperatura que actúa sobre las estructuras. Existe programas computacionales que modelan matemáticamente los gases en términos estequiométricos, térmicos y cinéticos en función del escenario del incendio, o sea, dimensiones de compartimiento, geometría de las aperturas al ambiente externo, cantidad, posición y tipo de materiales combustibles, etc. Estos se dividen en dos familias: los que utilizan la dinámica de fluidos computacional (CFD) vía modelos de campo (field models) o los más sencillos que dividen el compartimiento en dos o más zonas de calor (zone model). Entre los primeros están el SMARTFIRE (Universidad de Greenwich) y JASMINE (BRE – Building Research Establishment de Gran Bretaña). Entre los otros están: BRANZFIRE (Building Research de Nueva Zelanda), CFAST (NIST - Nacional Institute of Standards and Technology de Estados Unidos), y OZONE (Universidad de Lieja). Para la determinación del campo de temperaturas en elementos de acero existe software que emplea el análisis térmico no lineal sobre la base de los conceptos de convección, radiación y conducción para determinar la distribución real de la temperatura en el elemento estudiado. Entre ellos está SUPERTEMPCALC (Flight Safety Design de Lund, Suecia), TASEF (SP - Instituto Nacional de Ensayos e Investigación de Lulea, Suecia) y THELMA (BRE - Building Research Establishment de Gran Bretaña). Para el análisis estructural hay programas computacionales que permiten estudiar el comportamiento de las estructuras en incendio considerando la no linealidad geométrica y el material, la variación de las propiedades mecánicas con la temperatura, el efecto de las deformaciones térmicas, etc. Este es el caso de SAFIR (Universidad de Lieja), ADAPTIC (Imperial Collage, Gran Bretaña) y VULCAN (Universidad de Sheffield).

•

Algunos de estos programas realizan más de una de las etapas mencionadas anteriormente. SAFIR también hace el análisis térmico de la estructura y el SUPERTEMPCALC permite realizar un dimensionamiento simplificado de las vigas de acero trabadas en forma continua, vigas de concreto armado o pilares mixtos de acero y concreto. Hay software comercial que no fue desarrollado específicamente para la situación de incendio, pero que permite realizar análisis térmicos y estructurales a altas temperaturas, siempre que hayan sido programados en debida forma. Entre éstos están ANSYS, DIANA, ABAQUS, y ADINA. Más información sobre ingeniería de estructuras en situación de incendio se encuentra en los libros de Wang (2002), Zaharia (2005), Buchanan (1994 y 2002), Ranby y cols. (2000), Vila Real (2003), Purkiss (1996), IISI (1993), Vargas, Silva (2003) y Silva (2004). En el Congreso IISI 2004 se presentaron diferentes casos de edificaciones en los que el uso de la Ingeniería de Estructuras en Situación de Incendio permitió llegar a soluciones económicas. También sugerimos la lectura de las publicaciones del SCI - Steel Construction Institute (www. steel-sci.org) y como iniciación al tema recomendamos el libro de Drysdale ‘Fire Safety Engineering’ (2000). Este último texto tiene la finalidad de aclarar los problemas asociados a la seguridad de estructuras de acero en situación de incendio y comentar los conceptos contenidos en los medios tradicionales y en los científicamente avanzados para satisfacer las exigencias de seguridad. Los símbolos empleados en este texto se definen cuando aparecen por primera vez.

Comportamiento de los materiales estructurales en incendios Es sabido desde el siglo XIX, cuando comenzaron a construirse edificios de pisos múltiples en acero, que éstos sufren una re-

Figura 2- VariaCión de La reSiStenCia de LoS materiaLeS en FunCión de La temperatura

Análisis

•

123

Figura 3- VariaCión deL móduLo de eLaStiCidad de LoS materiaLeS en FunCión de La temperatura

Análisis

ducción de su resistencia con el aumento de la temperatura. En esa época se usaba el concreto como material de revestimiento del acero sin función estructural pero con mucho espesor, ya que el concreto no era un aislante ideal.

124

Años más tarde, el concreto, además de revestimiento, también se aprovechó como elemento estructural, trabajando conjuntamente con el acero para resistir esfuerzos. Entonces surgieron las estructuras mixtas de acero y concreto. Más tarde se inició la construcción de edificios de pisos múltiples de hormigón armado. Al comienzo no se suponía que el concreto armado también podría tener problemas a altas temperaturas. Morch (1948), en un artículo interesante advirtió sobre la necesidad de estudiar las estructuras de hormigón armado incendiadas y asociadas solamente con la armadura en su interior. Hoy se sabe que la capacidad de resistencia del concreto (EC2, 2004), del acero (EC3, 2005), de estructuras mixtas (EC4, 2005), de madera (EC5, 2004), de mampostería estructural (EC6, 2005) y de aluminio (EC9, 1998) en situación de incendio se reduce por degeneración de las propiedades mecánicas de los materiales (Figuras 2 y 3) o por la reducción del área resistente. El acero y el aluminio sometidos a altas temperaturas sufren una reducción de su resistencia y de su módulo de elasticidad. El concreto además de una reducción de resistencia pierde área resistente debido al spalling. La compartimentación del edificio es una medida fundamental de protección pasiva para evitar la propagación, minimizando así las consecuencias del incendio. El área máxima de compartimentación la establecen generalmente los códigos o normas. La resistencia al fuego es la propiedad de un elemento de construcción de resistir la acción del fuego durante un determinado pe-

El spalling es un desportillamiento de la superficie del concreto debido a la presión interna del agua que se evapora y al comportamiento diferencial de los componentes del concreto. En concretos de alta resistencia puede ocurrir un despostillamiento explosivo por la mayor dificultad de percolación del agua. El spalling reduce el área resistente del concreto y expone la armadura al fuego (Figura 4). Figura 4- SpaLLing en piLar de ConCreto

Los elementos de madera sufren la carbonización de la superficie expuesta al fuego reduciendo el área resistente (Figura 5) y realimentando el incendio. Por otra parte, la región central recibe la protección que le proporciona la capa carbonizada con la resultante baja reducción de su resistencia.

Figura 5- CarbonizaCión de madera (Foto de edna moura)

el incendio El aumento de la temperatura de los elementos estructurales en los incendios se debe al flujo de calor por convección y radiación provocadas por la diferencia de las temperaturas de los gases calientes del ambiente en llamas y los componentes de la estructura. El flujo de calor por convección lo genera la diferencia de densidad entre los gases del ambiente en llamas. Los gases calientes son menos densos y tienden a ocupar la atmósfera superior, mientras que los gases fríos de densidad mayor tienden

Análisis

Figura 6- ConVeCCión en eL CurSo de un inCendio

a moverse hacia la atmósfera inferior del ambiente. Ese movimiento genera el contacto entre los gases calientes y la estructura, dándose una transferencia de calor (Figura 6). La radiación es el proceso por el cual fluye el calor en forma de propagación de ondas desde un cuerpo a alta temperatura a la superficie de otro a temperatura inferior (Figura 7).

125

Figura 7- FLujo de CaLor radiante

La superficie caliente del elemento estructural genera un flujo de calor hacia el interior del elemento que lo está calentando. Esta última transferencia de calor se denomina conducción. El flujo de calor radiante y convectivo actúa también sobre los elementos de cierre (losas, paredes, puertas, etc.) que deben tener suficiente resistencia al fuego para impedir la propagación del incendio por conducción hacia fuera del compartimiento en llamas (Figura 8).

Figura 8- FLujo de CaLor atraVéS de un eLemento de CompartimentaCión

ríodo de tiempo, manteniendo la seguridad estructural, la estanqueidad y el aislamiento (Figura 9). En lo que respecta al estudio de la seguridad de las estructuras, el incendio puede ser caracterizado como una curva que surte la temperatura de los gases en función del tiempo del incendio (Figura 10).

Figura 9- propiedades de resistencia al Fuego de elementos de compartimentación (losas, paredes, puertas cortaFuego)

El momento correspondiente al aumento brusco de la inclinación de la curva temperatura-tiempo se conoce como «flashover» y ocurre cuando toda la carga combustible presente en el ambiente entra en ignición. A partir de ese instante, el incendio se torna en uno de grandes proporciones afectando a todo el compartimiento. La temperatura de los gases sube rápidamente hasta que todo el material combustible se haya extinguido, y luego se produce una reducción gradual de la temperatura de los gases.

Análisis

Temperatura

Temperatura máxima del incencio

126

Fase de calentamiento

Fase de enfriamiento Ignición Flashover

Esta curva presenta una región inicial con bajas temperaturas, en las cuales el incendio es considerado como de pequeñas proporciones. La combustión en esta fase puede generar gases tóxicos o asfixiantes, pero el riesgo de daño a la estructura es bajo.

Tiempo

Figura 10- curva de temperatura-tiempo de un incendio real

Temperatura

Cuando el edificio posee eficientes medidas de combate de incendio (brigada de incendio, rociadores, etc.) para extinguir el fuego antes del «flashover», la seguridad de la estructura se verá poco afectada en situación de incendio (Figura 11). Dada la dificultad de juzgar esta situación con precisión es común que se evalúen las estructuras de los edificios de mayor riesgo para la situación de post-flashover. La curva real es de difícil determinación. Comúnmente es sustituida por curvas temperatura/tiempo naturales (Figura 12), en las que el escenario del incendio se modela en forma simplificada.

Flashover

Tiempo

Figura 11- curva de temperatura-tiempo de un incendio real aFectada por la presencia de rociadores

En EC1 (2002) se presenta un modelo simplificado para la construcción de esas curvas que se basan en trabajos de investigadores (Pettersson et al., 1976 y Wickstrom, 1985). El tramo ascendente de estas curvas puede ser obtenido mediante la Expresión 1 (ver Apéndice).. El tmáx es una función de la carga de incendio por unidad de área del compartimiento (EC1, 2002; SILVA, 2004). El valor de la carga de incendio, por ser variable, está determinado por los valores característicos (qfi,k) afectados por los coeficientes de ponderación („), de lo que resultan los llamados valores de cálculo de las cargas de incendio específicas (qfi,d).

Figura 12- modeLo de inCendio naturaL

Análisis

Los valores característicos de la carga de incendio (MJ/m 2 ) son función del tipo de ocupación del edificio y pueden ser calculados en cada caso o son establecidos en las normas correspondientes (EC 1, 2002), (SIA, 1999). Los coeficientes de ponderación „ son determinados por el producto de los factores mayorativos en función de las dimensiones del edificio y minorati-

127

Figura 13- turbuLenCia de LoS gaSeS en un inCendio

Análisis

vos en función de las medidas de protección activa en el ambiente. Por lo tanto, en este modelo el escenario de incendio es parametrizado por la cantidad y el tipo de material combustible (carga de incendio) y por la cantidad de material comburente (oxígeno) que participa en la reacción de combustión del incendio (v) y las características térmicas y físicas de los materiales de cierre del compartimiento (√ÒcÎ). Este modelo admite la temperatura uniforme en el compartimiento. Esta hipótesis es válida dada la turbulencia del incendio (Figura 13), sin embargo, el modelo simplificado del EC1 (2002) sólo debe aplicarse a compartimientos limitados a 500 m 2 de superficie de piso y 4 m de altura.

128

Pueden obtenerse modelos más precisos con software de modelación de incendios, en el que pueden considerarse dos o más zonas de temperatura (zone model), lo que es más adecuado para el «pre-flashover» o una distribución más realista de las temperaturas en el compartimiento (field model/ CFD-computational fluid dynamics). Dado que la curva temperatura/tiem-

Figura 15- CurVaS patrón

Figura 14- modeLo de inCendio-patrón iSo 834

po del incendio cambia en cada situación estudiada, se convino en adoptar una curva patrón (Figura 14) como modelo para el análisis experimental de estructuras, materiales de revestimiento contra fuego, puertas cortafuego, etc., en hornos de institutos de investigación. En vista de la falta de estudios más realistas, esa curva estandarizada de

ensayo se adopta generalmente como curva temperatura/tiempo de los gases. Este modelo es conocido como modelo de incendio-patrón. La curva-patrón más difundida internacionalmente es la recomendada por la ISO 834 (1994), conforme a la Expresión 2 (ver Apéndice). aunque también cabe citar la ASTM E 119 (2000), la norma sueca SBN 67, BS 476 (1987), y otras. Todas son similares (Figura 15).

La curva-patrón es de fácil uso, no obstante toda conclusión en base a esa curva deberá ser analizada con cuidado, ya que el incendio-patrón no corresponde al incendio real. Para su empleo han de utilizarse artificios, tales como el TRRF.

La seguridad de las estructuras de acero en situación de incendio se logra mediante protección antitérmica, como sigue: • Autoprotección: el elemento estructural aislado sin revestimiento contra fuego se dimensiona para resistir las altas temperaturas de un incendio. Esta es por lo general la manera menos económica para resolver el problema. • Barreras antitérmicas: el elemento de acero es forrado en mampostería o concreto o revestido con materiales contra fuego de baja densidad, baja conductividad térmica y bajo calor específico. El espesor de estos materiales se calcula con

•

medios analíticos o experimentales. Integración del acero a otros elementos de construcción, constituyendo estructuras mixtas o integradas. Las estructuras mixtas de acero y de concreto son aquellas en que ambos materiales trabajan en forma solidaria para resistir los esfuerzos externos. En situación de incendio hay transferencia de calor entre los elementos estructurales. Así se tienen, por ejemplo, vigas, losas o pilares mixtos de acero y concreto (Figura 16). Estructuras integradas son aquellas en las que el acero a altas temperaturas transfiere calor al concreto o a la mampostería, pero sin solidaridad estructural (Figuras 17 y 18).

Análisis

La curva-patrón se usa para incendios en ambientes con material combustible compuesto, sobre todo por materiales celulósicos. El EC1 (2002) sienta un patrón según Expresión 3 para incendio en ambientes con material combustible compuesto por hidrocarburos (Figura 15).

protección contra incendio

129

Figura 16- eStruCturaS mixtaS de aCero y ConCreto

Figura 17- Viga, LoSa y pared

Figura 18- piLar entre mampoStería

métodos de dimensionamiento Para el dimensionamiento de una estructura es necesario conocer el campo de temperaturas a los que está sometida, a fi n de determinar los esfuerzos resistentes. La seguridad en incendios se habrá conseguido si los esfuerzos resistentes fueron mayores o iguales a los correspondientes esfuerzos solicitantes. Es así como el dimensionamiento se compone de dos fases: El análisis térmico y el dimensionamiento propiamente tal.

análisis térmico

Análisis

El campo de las temperaturas puede ser determinado por medio de métodos analíticos simplificados, numéricos o experimentales.

130

Figura 19- CurVa temperatura-tiempo deL inCendio y SegÚn La CurVa naturaL de La eStruCtura

métodos analíticos simplificados Los métodos analíticos simplificados son por lo general los descritos en las normas; son fáciles de aplicar, aunque no siempre económicos. La temperatura es considerada uniforme en todo el volumen del elemento estructural.

Cuanto mayor es el valor de F tanto más esbelta térmicamente será la pieza estructural y, por consiguiente, llegará a temperaturas más altas en el tiempo. Al aplicar esas expresiones a la curva natural puede encontrarse la máxima temperatura del elemento de acero (Figura 19).

El dimensionamiento del elemento estructural para esa temperatura, sobre la base de un modelo de incendio correctamente construido, asegura una adecuada resistencia al fuego durante la vida útil de la estructura. Pero cuando en la práctica se emplea la curva-pa-

elementos aislados de acero A partir de la curva temperatura/ tiempo de los gases calientes se puede determinar la temperatura en el elemento estructural por medio de expresiones de Transferencia de Calor. Estas expresiones aparecen en la literatura internacional, tanto para elementos sin revestimiento (Expresión 4), como para revestidos (Expresiones 5 y 6), siendo válidas para elementos con distribución uniforme de la temperatura. (Eurocode 3, 1995; NBR 14323, 1999; Wickstrom, 1985a; Silva, 2005 e Silva, 2005a). En las expresiones presentadas se destaca la importancia de la característica geométrica F, el factor de masividad. Figura 20- CurVa temperatura-tiempo deL inCendio y de La eStruCtura SegÚn La CurVa-patrón

trón, surge una dificultad operacional. En este caso, la curva temperaturatiempo del elemento estructural no presenta el punto máximo (Figura 20). Este problema se soluciona habitualmente admitiendo un valor de «tiempo» en función del riesgo de incendio (tipo de ocupación y altura) evaluado para las edificaciones. Este «tiempo» se conoce como «tiempo requerido de resistencia al fuego» (TRRF) o simplemente «resistencia al fuego requerida» de las estructuras que es establecido en las normas o códigos, tales como el norteamericano (ICC, 2000), el británico (Building Regulation, 2002) y el brasileño (NBR 14432, 2000; Silva; Fakury, 2002). A partir de ese tiempo, se puede determinar la temperatura en la estructura y dimensionarla.

Figura 22- determinaCión deL FaCtor paSiVidad

de ese tiempo es el que tiene por base el método de tiempo equivalente asociado al concepto del valor de cálculo de carga de incendio específica (qfi,d), según la Expresión 7 (EC1, 2002), (DIN, 1998). Los conceptos TRRF y tiempo equivalente pueden asociarse fácilmente a la curva natural en el caso de distribu-

ción uniforme de las temperaturas en el elemento estructural (Figura 21), o sea, acero o aluminio aislado. Sin embargo, en vista de la difusión y facilidad de empleo de esos métodos, se extienden a estructuras con temperaturas no uniformes, como es el caso de las estructuras de concreto o de acero en contacto con elementos robustos.

Análisis

Este tiempo (TRRF) es un tiempo ficticio que, asociado a la también ficticia curva-patrón, supuestamente conducen a la máxima temperatura en el elemento de acero en el incendio real. Generalmente, ese tiempo es preestablecido por consenso y sin cálculos en cada empresa. Un método más científico de determinación

Figura 21- ConCepto de tiempo equiVaLente

131

800 0

700

0,05 -0,1

600

-0,15

500

-0,2 -025

400

-0,3

300

-0,35 -0,4

200

-0,45

132

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

100

Figura 23- ejempLoS de reSuLtadoS de anáLiSiS térmiCoS numériCoS reaLizadoS en: Viga aiSLada (SaFir); y Viga debajo de LoSa (SupertempCaLC)

elementos de acero en contacto con elementos robustos Admitiendo que una distribución uniforme de la temperatura en elementos aislados de estructuras metálicas es una práctica que representa muy bien la realidad, ha de considerarse que los elementos de acero generalmente están en contacto con losas de concreto o paredes de mampostería (Figuras 17 y 18). Estos materiales son muy robustos en relación a la estructura de acero y poseen una baja conductividad térmica, lo que facilita la absorción de calor «heatsink ». El uso de los métodos analíticos simplificados en la forma aquí presentada puede favorecer la seguridad en forma exagerada. Para resolver este caso, la literatura técnica propone métodos alternativos para calcular el factor de pasividad (EC3, 2005), pero tales alternativas no cubren todas las situaciones que se encuentran en la construcción civil. Los resultados generalmente están a favor de la seguridad, y en algunos casos pueden ser difíciles de evaluar (Figura 22). La mejor solución para estos casos está en los métodos numéricos.

Temp. inf.

Medias de las temp.(variables).

0,05

Temperatura (˚c)

Análisis

-0,5

0,03

0,01

-0,01

120

0,03

0,01

-0,01

120

Figura 24- TemperaTura en el acero deTerminada por méTodo analíTico y numérico (SuperTempcalc) para: Fuego en doS caraS; y Fuego en una cara

Análisis

En el caso de elementos de acero en contacto con mampostería o concreto, las diferencias entre los resultados obtenidos por un medio simplificado y numérico pueden ser significativas. Las Figuras 23 y 24 presentan algunos ejemplos de resultados obtenidos por medio de softwares de análisis térmico. realizados en: viga aislada (SAFIR); y viga debajo de losa (supertempcalc) y numérico (Supertempcalc) para: fuego en dos caras; y fuego en una cara.

0,05

Temperatura (˚c)

Los métodos numéricos dependen de software de análisis térmico y de la comparación con ensayos. Son tanto más económicos cuanto más precisas fueron las modelaciones del incendio y de la estructura, revestida o no revestida.

Medias de las temp.(variables)

Temp. inf.

métodos numéricos

133

Anรกlisis

EXPRESIONES

134

BIBLIOGRAFÍA

AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE. «Fire Safe Structural Steel - A Design Guide». Washington. 1979.

IISI. Fire Engineering Design for Steel Structures: State of the Art. International Iron and Steel Institute. Brussels. 1993.

AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION. Specification for Structural Steel Buildings. Chicago. 2005

IISI. Fire Safe Multi-storey Buildings. Economic Solutions in Steel. International Iron and Steel Institute. Brussels. 2004

AMERICAN SOCIETY TESTING AND MATERIALS (ASTM E-119) - Standard test methods for fire tests of building constructions and material. West Conshohocken (USA). 2000.

ICC - International Building Code. International Code Council. USA. 2000

ASSOCIACIÓN BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situación de incendio. NBR 14323. Rio de Janeiro. 1999. BAILEY, C. G. Design of steel structures wit composite slabs at the fire limit state. Building Research Establishment. Reino Unido. 2000. BEITEL, J. J.; IWANKIW, N. R.; Analysis of Needs and Existing Capabilities for Full-Scale Fire Resistance Testing. Gaithersburg. 2002. BCA. Building Code of Australia. Vols. 1 + 2. Canberra: CanPrint Communications Pty Ltd., 2004. BRITISH STANDARD INSTITUTION. Structural use of steelwork in building. Part 8 Code of practice for fire resistant design. London. 1990 BRITISH STANDARD INSTITUTION. Fire Tests on Building Materials and Structures - Methods for Determination of the Contribution of Components to the Fire Resistance of a Structure. BS476: Part 23. London, 1987. BUCHANAN, A. H. (editor). Fire Engineering Design Guide. Center for Advanced Engineering University of Canterbury.Christchurch. 1994 BUCHANAN, A. H. Structural Design for Fire Safety. Wiley. England. 2002 BUILDING REGULATIONS. Fire Safety. Amendments 2002 to Approved Document B. HMSO: London, 2002. COSTA, C. N. Estruturas de concreto em situaçãó de incendio. Dissertaçãó ‘64e Mestrado em Engenharia Civil - Estruturas, Escola Politécnica de la Universidade de Sãó Paulo. 2002.

INTERNATIONAL STANDARDIZATION FOR ORGANIZATION - Fire-resistance tests - Elements of building construction. ISO 834. Genève.1994. MÖRSCH, E. Teoría y práctica del hormigón armado. Tomo I. Versão del alemán. M. Editorial Gustavo Gili. Barcelona. 1948. NIST. Probable Collapse Sequences for Both Towers Finalized; Reports Issued for Three Projects. National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg. 2005a. NIST. Final report on the collapse on the world trade center towers. National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg. 2005b. PETTERSSON,O.; MAGNUSSEN,S.; THOR, J.; Fire engineering design of steel structures. Swedish Institute of Steel Construction. Stockholm. 1976. NEWMANN, G. M.; ROBISON, J. T.; BAILEY, C. G. Fire Safe Design. A new approach to multistorey steel framed building. Steel Construction Institute. Reino Unido. 2000. PORTUGAL (país). Decreto n° 426 de 6 de dezembro de 1989. Medidas cautelares de segurança contra riscos de incendio em centros urbanos antigos. Diário de la República, Ministérios de la administración interna e de las obras públicas, transportes e comunicações, Lisboa, 1989. PURKISS, J. A. Fire safety engineering design of structures. Oxford: Butterworth Heinemann, 1996. QUINTIERE J.G.; DI MARZO M.; BECKER R. A suggested cause of the fire-induced collapse of the World Trade Towers. Fire Safety Journal. Elsevier. 2002. RANBY. A.; INHA. T.; MYLLYMÄKI, J. Structural Steel fire Design. Finnish Constructional Steelwork Association, Norwegian Steel Association, Swedish Institute of Steel Construction. Estocolmo. 2000 SILVA, V. P. Estruturas de aço em situção de incendio. Zigurate Editora. São Paulo. 2004.

DEUTSCHES INSTITUT FÚR NORMUNG. Structural fire protection in industrial buildings. DIN 18230. Part 1. Berlin. 1998. DRYSDALE D. An introduction to fire dynamics. Wiley. Great Britain. 2000. EC1. Basis of design and actions on structures. Actions on structures exposed to fire. Eurocode 1 - Part 1-2. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 2002. EC2. Design of concrete structures. Structural fire Design. Eurocode 2 - Part 1-2. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 2004. EC3. Design of steel structures. Structural fire design Eurocode 3 - Part 1.2. (ENV 1993-1-2). EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION.Brussels. 1995. EC3. Design of steel structures. Structural fire design. Eurocode 3 - Part 1.2 (prEN 1993-1-2). EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 2005.

SILVA, V. P.; Determination of the temperature of thermally unprotected steel members under fire situations. Considerations on the section factor». Latin American Journal of Solids & Structures. 2005a. (in press) SILVA, V. P.; Determination of the steel fire protection material thickness by analytical process - A simple derivation. «Engineering Structures». Reino Unido, v. 27, n. 14, p. 2036-2043, 2005. SILVA, V. P.; FAKURY, R. H.; «Brazilian Standards for steel structures fire design». Fire Safety Journal, vol 37/2. p. 217-227. Elsevier. Great Britain. 2002. SOCIETÉ SUISSE DES INGÉNIEURS ET DES ARCHITECTES (SIA). La resisténce au feu des parties de construction métallique. Méthode de calcul pour la classification. Centre Suisse de la Construction Métallique. Zurich. 1999. SCI. Steel storey steel framed buildings in fire boundary conditions. Steel Construction Institute. Reino Unido. 2002.

EC4. Design of composite steel and concrete structures. Structural fire design Eurocode 4 - Part 1-2. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 2005.

UNDERWRITERS LABORATORY. Directory. Fire Resistance. Ilinois. 2002

EC5. Design of timber structures. Structural fire design. Eurocode 5- Part 1-2 EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 2004.

USMANI, A. S.; Chung, Y. C.; Torero, J. L. How did the WTC towers collapse: a new theory. Fire Safety Journal. Elsevier. 2003.

EC 6. Design of masonry structures. Structural fire design. Eurocode 6 - Part 1-2. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 2005.

VARGAS, M. R.; SILVA, V. P. Resistência ao fuego das estruturas de aço». Manual de la construção em aço. CBCA -Centro Brasileiro de la Construção em Aço. Rio de Janeiro. 2003.

EC9. Design of aluminium structures. Structural fire design. Eurocode 9 - Part 1-2. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Brussels. 1998.

VILA REAL, P. Incendio em Estruturas Metálicas. Cálculo Estrutural. Edições Orion. Portugal. 2003

THE NATIONAL BUILDING CODE OF FINLAND. MINISTRY OF THE ENVIRONMENT. Helsinki. 2002.

WANG, Y. C. Steel and Composite Structures. Behaviour and Design for Fire Safety. Spon press. London. 2002.

FRANSSEN, J. M.; ZAHARIA, R. Design of Steel Structures Subject to Fire. Université de Liège. Liège. 2005.

WICKSTRÖM, U. Temperature analysis of heavily-insulated steel structures exposed to fire. Fire Safety Journal (vol. 9), 1985a.

KODUR, V.K.R. FIRE RESISTANCE ISSUES IN THE COLLAPSE OF THE WTC TOWERS. National Research Council of Canada. Ottawa. 2003.

WICKSTRÖM, U. Application of the standard fire curve for expressing natural fires for design proposes. Fire Safety Science and Engineering. ASTM STP 882. p 145- 159. Philadelphia. 1985.

Análisis

ASSOCIACIÓN BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ações e segurança nas estruturas. Procedimento. NBR 8681. Rio de Janeiro. 2004.

135

Puentes

REFERENCIA

Cartil a de Puentes Peatonales

Puentes

Instituto Nacional de Vias Secretaría General Técnica

208 Puente PrototiPo en Pereira

Con el objeto de disponer de un documento apropiado para la construcción de puentes peatonales sobre las vías nacionales, el INSTITUTO NACIONAL DE VIAS, INVIAS, ha decidido elaborar este documento para que sirva de base a los diseñadores y constructores de este tipo de estructuras. Se pretende que los puentes peatonales que se construyan en el futuro sobre la red nacional de vías cumplan a cabalidad las exigencias técnicas contempladas en la normatividad vigente, además de que respondan a requerimientos estéticos que mejoren el entorno rural o urbano.

Localización de los puentes

Descripción de los puentes

La localización del puente será definida por el INVIAS. En el caso en que las áreas disponibles para la localización conforme a los planos no sean adecuadas, el constructor deberá proponer el eje del puente y la interventoría la estudiará y aprobará, si lo juzga pertinente, pero la localización definitiva deberá ser aprobada por el representante del INVIAS.

Los puentes considerados en esta cartilla son estructuras de acero constituidas por un sistema atirantado que soporta una plataforma compuesta por vigas en perfiles tipo W sobre las que se apoya el tablero. El sistema atirantado está conformado por una torre inclinada y articulada que se estabiliza mediante tensores posteriores anclados a la cimentación y tensores que soportan la plataforma.

A continuación se plantean algunas consideraciones generales y especificaciones particulares que deberán ser tenidas en cuenta por los diseñadores y/o constructores a quienes el INVIAS les encomiende esas labores. esquema De imPLantación

axonometría

La torre está compuesta por perfiles tubulares de sección circular. La plataforma se apoya en soportes en tubo con una configuración en V. Para garantizar la estabilidad estructural se requirió adicionar un soporte en la parte posterior de los puentes. Aunque la plataforma es un diafragma de gran rigidez, la localización de las rampas no permite la colocación de un adecuado arriostramiento transversal, fundamental para garantizar su estabilidad, y por ello se aprovechó la inclusión del soporte trasero para lograr el arriostrado requerido.

Tanto el tablero del puente principal como el de las rampas, tipo “caballero”, podrán construirse en concreto reforzado o en madera; los pisos en concreto tendrán 8 cm. de espesor y se fundirán apoyados sobre lámina colaborante (steel deck) del calibre que se muestra en lo planos estructurales. Se exceptúa el puente tipo 3, de dos luces, en el cual el tablero no podrá ser de concreto sino de madera o de otro material, aluminio por ejemplo, cuyo peso no sobrepase 60 kg/m2.

rePresentación triDimensionaL De conjunto armaDo

Puente tipo 1 Es una estructura de una sola luz con longitud entre torres de 26.81 m con lo cual se pueden salvar vías con ancho hasta de 16.20 m, dependiendo del sesgo elegido. El tablero puede diseñarse en madera, material liviano como aluminio o placa en concreto con lámina colaborante.

Puente tipo 2 Esta estructura también tiene una luz pero la distancia entre torres puede variar entre 31.20 m y 41.10 m gracias a la posibilidad de colocar módulos centrales; en esta forma se pueden salvar vías con anchos hasta de 28.50 m. El tablero puede tener las mismas características del de tipo I.

Puente tipo 3

tipos de puentes En la cartilla se han definido varios tipos de puentes, que se describen a continuación.

Este puente es de dos luces, tiene longitud variable entre torres y sirve para salvar vías de doble calzada; cada una de estas calzadas puede tener anchos entre 13.20 m y 36.80 m. El tablero debe construirse con base en materiales livianos como madera o aluminio cuya carga máxima no sobrepase 60 kg/m2.

Puente tipo 4

ramPa De acceso

También es de dos luces y puede salvar vías de doble calzada. Los anchos de las vías están comprendidos entre 9.50 m y 33.0 m. El tablero puede construirse con características semejantes a las de los tipos I y II.

Puentes

Las estructuras metálicas están conformadas, como se dijo, por perfiles tipo W de diferentes dimensiones, perfiles rectangulares, platinas, tubos, cables y otros elementos cuyas características y especificaciones están indicadas en el Módulo de Planos Estructurales de la Cartilla.

209

Puentes 210

DiagRama DE puEntE con DoblE Rampa

Cada uno de los puentes anteriores puede tener diferentes tipos de acceso dependiendo de las condiciones topográficas del lugar:

•

Casos del armado del puente Tipo I Puente con rampas en los dos extremos. Puente con rampa en un extremo y acceso directo en el otro. Puente con acceso directo por ambos extremos.

Estudios de suelos La construcción de los puentes que se plantean en esta cartilla obliga a la ejecución de un estudio de suelos que cumpla estrictamente las exigencias del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes-1995, principalmente en lo referente al número y longitud de las perforaciones (Sección A.6.3). Las recomendaciones del estudio se utilizarán para definir el tipo de cimentación que debe construirse. En los diseños de la infraestructura que se presentan en la cartilla se han supuesto condiciones topográficas no extremas y

la inexistencia de laderas con pendientes pronunciadas, pues en algunos casos se hace uso de la presión pasiva para la estabilidad de los apoyos. Por ello, en la localización se tendrán en cuenta estas condiciones y si no se cumplen, el constructor deberá hacer los ajustes a los diseños de la cimentación que demanden las condiciones de la topografía. Los planos de cimentación que se presentan en la cartilla son válidos exclusivamente en suelos que permitan cimentar directamente, que no sean licuables o expansivos y que tengan una capacidad portante mayor o igual a 10 t/m2.

Redes de servicios Ante la posibilidad de que existan redes de servicios públicos o de otra índole en el área del proyecto, el constructor deberá hacer la investigación correspondiente y ajustar la localización del puente a dichas redes o ejecutar alternativas para modificarlas, las cuales deben someterse a la aprobación del INVIAS, previo concepto del interventor. Bajo ninguna condición se permitirá empezar la construcción del puente sin la investigación aludida.

Especificaciones particulares Tanto el diseño como la construcción de los puentes peatonales deben adelantarse cumpliendo estrictamente todas las especificaciones de diseño y construcción vigentes en el INVIAS Los diseños se harán en un todo de acuerdo con el CODIGO COLOMBIANO DE DISEÑO SÍSMICO DE PUENTES-1995 y en el documento GUIDE SPECIFICATIONS FOR DESIGN OF PEDESTRIAN BRIDGES de AASHTO- 1997, cada uno en lo que fuere pertinente. La carga viva real de diseño será de 450 kg/m2 y la frecuencia natural mínima deberá ser como mínimo de 3.0 Hertz.

Superestructura Este trabajo consiste en el ajuste a los diseños, fabricación, transporte, montaje y pintura de estructuras de acero, de acuerdo con los planos, las especificaciones y las instrucciones del Interventor. Comprende, además, el suministro de todos los materiales requeridos para la fabricación de las estructuras, tales como láminas, perfiles, platinas, pernos, anclajes a la infraestructura, soldadura o cualquier otro elemento que hace parte de la estructura, así sea de algún

material especial. Se exceptúa el cable de acero el cual tiene su propia especificación y se pagará en un ítem diferente. Los planos estructurales contenidos en la Cartilla son de diseño; por lo tanto, el contratista elaborará los correspondientes planos de taller y de montaje y los someterá a revisión y aprobación por parte de la interventoría. No se podrán iniciar los trabajos de fabricación de ningún elemento sin la aprobación de los planos. Los planos de taller deberán ejecutarse con las

normas que para tal efecto prescribe la AISC. Forman parte de los planos de taller los procedimientos de soldadura, debidamente aprobados por la Interventoría.

materiales La calidad y demás características del acero estructural se indican en los planos estructurales. Antes de dar inicio a la fabricación de las estructuras, deberá disponerse de la certificación de calidad de todos los materiales a emplear en ellas, tales como perfiles, platinas, láminas, tornillería, pasadores, cables y demás accesorios.

eL Diseño ProPone Los siguientes materiaLes: acero estructuraL: astm

a36, astm a500 gr.c sae 1045 cabLes: 6 x 19 aa iPs – galvanizados y pre estirados sockets: reF. g416 para cables de 11/4” y 11/2” (open spelter socket, fabricado por the crosby group, inc.) Pernos De ancLaje: sae 1020 soLDaDura: e60xx - e70xx tortiLLería: sae gr 5 gaLvanizaDo: astm a123 Pintura: según requerimiento de invias Pisos: concreto y madera, según requerimiento de invias cimientos y tabLero: concreto 3.000 psi y refuerzo fy=60.000 psi ejes:

La certificación deberá obtenerse a través de cada fabricante de los materiales y elementos. Los materiales empleados deberán cumplir con las normas AASTHO, AWX, ASTM, AISC. Los accesorios de fundición que se utilicen deberán ensayarse en un laboratorio certificado con la norma ISO pertinente. La interventoría exigirá los certificados de calidad y conformidad de los materiales utilizados y podrá, a costo del constructor, hacer las comprobaciones en laboratorio.

Fabricación La fabricación de la estructura será ejecutada en un taller previamente aprobado por el INVIAS y la Interventoría. La fabricación se hará siguiendo los planos de taller previamente aprobados por la Interventoría. El Constructor deberá presentar para aprobación los procedimientos de Gestión de la Calidad. Tanto los procedimientos de soldadura a emplear en la fabricación de los diferentes elementos estructurales como los operarios deberán ser calificados de acuerdo con el código AWS

Puentes

Puente tiPo un0 con una soLa ramPa

211

D 10.9. Categoría AR3 o en su defecto, de acuerdo al capítulo 5 “Calificación” del Código de Soldadura para Estructuras Metálicas, Edición Fedestructuras. Igualmente, los soldadores serán sometidos a calificación visual de acuerdo con los procedimientos aprobados. En general, deberán utilizarse las normas AWS para efectuar los trabajos de soldadura.

Puentes

La fabricación de los diferentes elementos deberá efectuarse de acuerdo con los requisitos de la última versión de la norma AISC “Código de práctica estándar para edificaciones de acero y puentes”

212

inspección La Interventoría inspeccionará todos los procesos de producción. Todos los soldadores y procedimientos de soldadura serán calificados conforme a las normas ANSI-AWS D.1.1-98. El contratista realizara, a su costa, todos los ensayos y pruebas no destructivas necesarias para garantizar las soldaduras y demás procesos de producción, todo bajo la supervisión y control de la Interventoría.

galvanizado y pintura Todas las estructuras serán galvanizadas en caliente en una planta previamente aprobada por la Interventoría

vista inFerior De una ramPa

Antes de despachar la estructura a la obra se aplicará una primera capa de pintura de acabado, de acuerdo con lo requerido por el INVIAS o la Interventoría. Al finalizar el montaje se aplicará una segunda capa de pintura.

montaje

tolerancias

El contratista presentará para aprobación de la Interventoría los planos y procedimientos de montaje y los equipos que se propone utilizar.

Las estructuras deberán quedar debidamente aplomadas bajo las tolerancias que permita el Código. Se considera que una pieza individual esta aplomada si el error no excede de 1:500.

marcas

Todas las piezas deberán ser ensambladas de acuerdo con sus marcas y planos de montaje.

Cada una de las piezas sueltas que se envíen a la obra deberá ir marcada con granete con la marca que se especifique en los planos de taller y montaje.

Las estructuras deberán quedar con conexión a tierra de acuerdo con el diseño eléctrico aprobado por la Interventoría.

soportes temporales En caso de requerirse soportes temporales durante el montaje, estos deben estar previstos en el procedimiento de montaje que se someta a aprobación.

Ficha técnica rafael esguerra arquitectos santander asociados contratante: instituto nacional de vías Diseño arquitectónico: Diseño estructuraL :

Errores o deficiencias que aparezcan durante el montaje podrán ser corregidas, previa presentación y aprobación de un procedimiento que garantice su viabilidad.

rios y el encastre correspondiente. De acuerdo con las especificaciones de diseño estructural, los cables deben cumplir con los requerimientos que se indican a continuación:.

acabados

•

Terminadas las labores del montaje estructural y debidamente aceptadas por la Interventoría, se procederá a la aplicación de una segunda capa de pintura de acabado, si fuere el caso. Posteriormente se hará la colocación de pisos, cerramientos laterales, iluminación, etc.

•

cables Este trabajo consiste en el suministro, transporte, corte de cables e instalación de terminales (sockets) de acuerdo con los planos, con estas especificaciones y las del fabricante y las instrucciones del Interventor. Comprende, además, el suministro de las terminales (sockets) con todos sus acceso-

•

El diseño contempla la utilización de cables de 1 1/4” o 1 1/2” con carga de rotura de 89.9 toneladas métricas. Todos los cables serán de tipo 6x19 AA IPS, galvanizados y pre-estirados, y tendrán 6 torones de 19 alambres por torón, con alma de acero. La interventoría efectuará una inspección visual de cada carrete para controlar diámetro, peso y longitud La operación de colocación de los cables en las terminales de anclaje (sockets) deberá ser ejecutada por un técnico especializado en este oficio. La operación se realizará totalmente de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.

rePresentación DeL conjunto a niveL De Peatón

obras civiles El contratista ejecutará la localización y replanteo de los cimientos de acuerdo con la localización dada en los planos previamente aprobados por la Interventoría La Interventoría inspeccionará todos los procesos de construcción y dará su autorización por escrito para fundir cada cimiento. El contratista se encargará de localizar mediante topografía los pernos de anclaje y demás elementos mecánicos.

infraestructura Se denomina infraestructura al conjunto de elementos estructurales en concreto reforzado que sirven para transmitir las cargas a estratos competentes. En la Cartilla se presenta una alternativa de cimentación que podrá usarse discrecionalmente y de conformidad con las recomendaciones del estudio de suelos que obligatoriamente deberá ejecutarse, cumpliendo las exigencias del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes. Dados la configuración del puente y su régimen estático, en los apoyos se presentan componentes horizontales de gran magnitud relativa que exigen cimentaciones de dimensiones y peso importantes para asegurar la estabilidad al deslizamiento. En el evento de que sea necesario hacer modificaciones, los elementos de la cimentación directa deberán tener un factor de seguridad al deslizamiento de 1.5 como mínimo.

Puentes

corrección de errores

213

Puentes

El puente de la Calle 92 en Bogotá 214

Vista desde el norte

La intersección vial más compleja de Bogotá enlaza la Autopista Norte, la Avenida NQS y la calle 92, así como también dos troncales de Trasmilenio, todo ello con cuatro niveles de circulación.

Vista desde el oriente En primer plano aparece el nuevo puente durante su construcción. El diseño fue del ingeniero Germán Escobar. La fabricación y montaje de la viga metálica estuvo a cargo de HB Estructuras Metálicas y la construcción civil a cargo de Conconcreto.

215

Puentes

Puentes 216 La fabricación de la viga tomó un total de tres meses y estuvo a cargo de 976 operarios, que en conjunto invirtieron 39.160 horas hombre.

Materiales • Lámina ASTM A588. Importada de Bélgica. Grupo Arcelor. Resistente a la corrosión. No necesita pintura ni acabados. • Ángulo ASTM A588. Colombiano. Acasa • Soldadura. Estados Unidos. AWS E7018W1. AWS Ni-1K-Ni-1.AWS ER-80S-Ni-1

Puentes

El montaje de la viga dur贸 3 meses y en 茅l intervinieron 43 operarios que invirtieron 43.682 horas hombre.

217

Puentes 218

La viga tiene una longitud total de 570 metros y un peso total de 850 toneladas, con un promedio de 60 toneladas por tramo. El puente tiene en total 15 apoyos: 13 pilas (una excĂŠntrica) y 2 estribos. La pila mĂĄs alta tiene 15 metros

Puentes 219

Equipos / GrĂşas Liebherr /Capacidad 400 Ton. Demag/Capacidad 200 Ton. Krupp/Capacidad 175 Ton. Link Belt/Capacidad 22 Ton.

Arquitectura Comercial e Industrial

La fábrica Arquitectura Comercial e Industrial

Alitec – Pargua en Chile

286

Juan Sabbagh Sabbagh Arquitectos Santiago de Chile

Se resolvió para la imagen general la utilización de volúmenes que tiendan a lo regular, de fácil reconocimiento, de lí-

neas simples, principalmente ortogonales, matizadas con líneas oblicuas para enfatizar formalmente el aspecto dinámico del proceso productivo. La selección de materiales y de sus colores, como el acero gris brillante para las estructuras y las planchas de revestimiento de ondulado especial, el hormigón visto, el cristal y las planchas de resina poliéster blancas translúcidas aportan una imagen de modernidad y alta tecnología, a la vez que de una cualidad mimetizadora con el paisaje natural, sobretodo teniendo como fondo el mar y/o el cielo diurno. La imagen nocturna es de contraste, destacando los volúmenes revestidos con planchas translúcidas como gigantes pantallas de luz sobre un entorno rural casi oscuro.

La organización de los edificios en el terreno surge de la necesaria eficiencia que el proceso productivo pide. Los edificios se separan en productivos y de apoyo a éstos, flexibilizando los posibles futuros crecimientos o las dinámicas propias de cada cuerpo. Los edificios de producción se alinean en un eje transversal al terreno, concentrándose para optimizar en tiempo y distancia los recorridos o tránsitos de personal, de materias primas y de producto terminado. Esta concentración permite también liberar una gran superficie para áreas verdes y para una posterior ampliación, quedando ésta detrás de la primera etapa, no afectando mayormente la visión del paisaje. Los edificios de apoyo (oficinas administrativas, laboratorio, casino y vestidores-duchas) se ubican aleatoriamente respecto de este eje de producción, de acuerdo al grado de control y de comunicación o tránsito necesario con los de producción. El cristal es material diferenciador del confort interior, generando amplios espacios con fachadas acristaladas que permiten una fluida y confortable relación con el paisaje.

FICHA FICHATéCnICA TéCnICA ClIenTe

AlITeC S.A.

UbICACIón

localidad de Pargua, CHIle

Año del ProyeCTo

2002

AreA del Terreno (HA)

125

AreA ConSTrUIdA (m2)

11.040.6 m2

ProyeCTo ArqUITeCTónICo

Juan Sabbagh, m. Sabbagh, m. noya

ArqUITeCToS ColAborAdoreS

J. C. Sabbagh, G. Cardemil, S. Valenzuela

CAlCUlo eSTrUCTUrAl ACero

Sergio Contreras y Asoc

Arquitectura Comercial e Industrial

El encargo principal –implícito– consistió en el diseño de una envolvente para un proceso de producción de alta tecnología, de desarrollo tanto horizontal como vertical, de gran envergadura pero con bajísimo impacto en el entorno, (residuos, ruidos, olores, etc), en un terreno de gran belleza natural y de muy poca intervención humana.

287

El Centro Comercial Centenario Arq. Raul H. Ortíz Ortíz Campo y Compañía

Arquitectura Comercial e Industrial

en Cali, Colombia

288

El Centro Comercial Centenario se encuentra ubicado en el Oeste de la ciudad de Cali, en un sector tradicionalmente residencial que se ha convertido en un polo de desarrollo comercial y de servicios. Desde el punto de vista estructural se trata de un Edificio con 5 pisos de altura medidos a partir del nivel de la vía, con 3 sótanos y 32.000m_ aproximados de área en planta construida, con un diseño estructural de pórticos metálicos con columnas tubulares y vigas con sección “I”, acorde con las Normas NSR-98, AISC 2001 y AWS D.1.1 2004.

Para efectos sísmicos, debido a la ubicación del edificio en una zona de alta sismicidad, fueron proyectados unos arriostramientos concéntricos desde el nivel de la vía hasta la cubierta, ubicados en algunos vanos estratégicos de la edificación previamente coordinados con la distribución funcional de los espacios. El uso de los arriostramientos concéntricos permitió una optimización de los parqueaderos al utilizar columnas cuadradas de 45 cm, en la modulación de 8 m x 8 m planteada arquitectónicamente. Como sistema de entrepiso se utilizaron losas macizas en concreto con 10 cm de es-

pesor, fundidas sobre un nuevo sistema de formaleta metálica reutilizable que no requiere apuntalamientos provisionales debido a que se apoya en las aletas inferiores de los perfiles metálicos. Los soportes para las tejas de cubierta fueron realizados en perfiles laminados en frío tipo perlin, en las zonas de cines, y en perfiles tubulares estructurales en la zona de la plazoleta central. Para los cerramientos se utilizó mampostería de muros confinados, cubiertos hacia el interior con placas de yeso y hacia el exterior con paneles metálicos con poliuretano inyectado.

Arquitectura Comercial e Industrial En la cimentación se utilizaron zapatas concéntricas conectadas con vigas de amarre. Durante la construcción, los sótanos fueron conformados con muros anclados, los cuales fueron liberados una vez estuvieron construidas las losas de entrepiso de los sótanos. El Centro Comercial cuenta con aire acondicionado central en sus zonas comunes, una amplia zona de parqueaderos distribuida en sus tres sótanos, dos niveles de comercio destinados a establecimientos de servicio y tiendas de moda, un tercer nivel con plazoleta de comidas y juegos infantiles, y un cuarto nivel con 6 salas de cine.

FICHA TéCnICA ProyeCTo ArquITeCTónICo

ortiz Campo y Compañía. Arq. raul H. ortiz

ConsTruCCIón

Constructora Meléndez s.A.

ubICACIón

barrio Centenario, Cali.

Año del ProyeCTo

2006

TIeMPo de ejeCuCIón

6 meses

AreA ConsTruIdA

32.087 m2

CAlCulo esTruCTurAl

estrumetal

ACero eMPleAdo

Acero AsTM A-36; 1.586 Ton.

289

Normativa

La Norma AISC 2005

Normativa

Un Nuevo Enfoque en el Diseño de Estructuras de Acero

324

La edición 2005 de la Especificación AISC está dedicada a la memoria del Dr. Lynn S. Beedle, Profesor Distinguido de Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania. Dr. Beedle fue profesor de Lehigh University durante 41 años y ganó un gran número de distinciones tanto profesionales como académicas, incluyendo el “T.R. Higgins Award” en 1973 y el “Geerhard Haaijer Award” en 2003, ambas de AISC. Contribuyó en numerosas ediciones del AISC y durante muchos años fue miembro del “Committee on Specifications” de AISC. Fue el gran impulsor del desarrollo de los métodos de diseño plástico de estructuras de acero y su implementación en las especificaciones AISC. Fue Director del Consejo de Investigación en Estabilidad Estructural (SSRC por su sigla en inglés: Structural Stability Research Council) durante 25 años y en 1969 fundó el Consejo de Edificios Altos y Habitat Urbano.

Gilberto Areiza Palma Ingeniero Civil, M Sc Profesor Titular Universidad del Valle gareiza@univalle.edu.co

a Norma AISC 2005 reemplaza cinco especificaciones existentes: “1989 Specification for Structural Steel Buildings – Allowable Stress Design and Plastic Design”, “1989 Specification for Allowable Stress Desing of Single Angles”, “1999 Load and Resistance Factor Design for Steel Buildings”, “2000 Load and Resistance Factor Design Specification for Steel Hollow Structural Sections (HSS)” y “2000 Load and Resistance Factor Design Specification for Single-Angle Members”. Un nuevo formato unificado permite el uso del Método de Diseño por Esfuerzos Admisibles (ASD) o del Método de Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD). De igual manera se incluyen provisiones de diseño de conexiones tanto para ángulos sencillos como para perfiles estructurales tubulares (HSS). Adicionalmente, se han realizado actualizaciones importantes: objetivo más amplio, mayor flexibilidad para los diseñadores ya que permite un fácil transito entre los dos métodos de diseño (ASD y LRFD), diseño de secciones compuestas basados en resultados de recientes investigaciones y

uso de materiales de mayor resistencia. Se incluye, además, un nuevo apéndice sobre protección al fuego.

Introducción El American Institute of Steel Construction (AISC) ha tomado un nuevo rumbo con la versión 2005 de AISC “Specification for Structural Steel Buildings”1. La nueva especificación condensa los métodos de Diseño por Esfuerzos Admisibles (ASD) y Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) en un documento que reemplaza los dos documentos que tradicionalmente han existido sobre especificaciones de diseño de edificios de acero: “1989 Specification for Structural Steel Buildings – Allowable Stress Design and Plastic Design2” y “1999 Load and Resistance Factor Design for Steel Buildings3”. De igual manera reemplaza las especificaciones de diseño de elementos especiales: “1989 Specification for Allowable Stress Desing of Single Angles4”, “2000 Load and Resistance Factor Design Specification for Steel Hollow Structural Sections (HSS) 5” y “2000 Load and Resistance Factor Design Specification for Single-Angle Members6” con lo

cual todas estas especificaciones quedan incluidas en la AISC 2005.

COMPARISON OF FORMULAS FOR STEEL COLUMNS

Historia de la Especificación AISC El Instituto Americano de la Construcción en Acero (AISC – American Institute of Steel Construction), fué fundado en 1921 con el fin de suplir las necesidades

MANUALES y PUBLICACIoNES PRELIMINARES

FOR BUILDINGS Chi ca hle go and hem Milw For auk mu ee la Bos ton

Bet 10 000

Phi

lad

elp

hia

Buf

falo

wY ork

5 000

and

Min

nea

Wa sh

pol

ing

100

150

l Values of Ratios of r

de normalización y estandarización que la industria del acero demandaba. A finales de los años 1800´s y comienzos de los años 1900´s no había normas ni especificaciones y tanto los requisitos como los manuales de diseño de estructuras de acero eran escritos por funcionarios de algunas municipalidades (como el Código de Chicago) y por organizaciones privadas (empresas productoras de acero). Esto llevó a que existieran diferentes soluciones para un mismo problema: por ejemplo en 1911 había en Estados Unidos seis fórmulas diferentes para el diseño de columnas de acero (Bethlehem Steel, 1911)

ton

200

FóRMULAS PARA DISEño DE CoLUMNAS

basado en la metodología de diseño por esfuerzos admisibles (ASD por su sigla en inglés: Allowable Stress Design) que determina los esfuerzos admisibles, con el factor de seguridad incorporado, a los cuales puede ser sometido un elemento estructural. La norma tenía nueve páginas, fue aprobada por un comité técnico de sólo cinco miembros y se publicó en 1923 con el propósito de suplir las necesidades de estandarización de la naciente industria del acero. Posteriormente en 1928 se publicó la primera edición del “AISC – Manual of Steel Construction”

La primera norma AISC para el diseño y construcción de estructuras de acero,

La AISC 2005 tiene mas de 100 páginas y es el reflejo tanto de las numerosas revisiones y de la experiencia ganada como de los resultados de las investigaciones, tanto analíticas como experimentales,

PRIMERA EDICIóN DE LA ESPECIFICACIóN AISC

PRIMERA EDICIóN DEL MANUAL AISC

Normativa

Algunas de las mayores actualizaciones incluyen fácil transito entre los dos métodos de diseño (ASD y LRFD), diseño de secciones compuestas basados en resultados de recientes investigaciones y uso de materiales de mayor resistencia y se incluye un nuevo apéndice sobre protección al fuego. Simultáneamente se han evaluado y reescrito los comentarios para darle mayor claridad y coherencia técnica.

Allowable stress per squarte inch.

15 000

Adicionalmente al cambio de formato que se requiere para “acomodar” las dos metodologías de diseño, se han incluido nuevos requisitos de diseño y/o se han actualizado los previamente existentes en las versiones anteriores y se han reorganizado ciertas partes del documento. Todos los cambios implementados se han realizado de acuerdo con la misión del “Committee on Specifications” (COS) responsable del AISC 2005 cuyos objetivos se enumeran a continuación: • Seguridad • Sistemas económicos • Comportamiento y respuesta estructural predecibles • Uso eficiente

325

Normativa 326

realizadas durante más de 80 años en universidades e institutos.

sign Loads for Buildings and other Structures (ASCE, 2002)”.

Por otra parte, el COS, responsable de las especificaciones AISC, como se mencionó anteriormente, está conformado por 40 miembros representantes de industriales, educadores e ingenieros consultores y fue acreditado por el American National Standard Institute (ANSI) desde el año 2000.

A esta primera edición de la especificación basada en el método LRFD siguió la revisión de la especificación ASD en 1989.

Después de publicar ocho ediciones del “AISC – Manual of Steel Construction”, en 1986 el COS presentó la primera especificación basada en factores de carga y resistencia (LRFD por su sigla en inglés: Load Resistance and Factor Design), consistente tanto con la metodología de diseño de estructuras de acero en otros países como para el diseño de estructuras de otros materiales como el concreto. Básicamente el procedimiento consiste en calcular la resistencia nominal (R n) de un elemento estructural basado en sus características tanto fisico-mecánicas (módulo de elasticidad E, límite de fluencia Fy, etc) como geométricas (área A, momentos de inercia I, radios de giro r, etc) y multiplicarla por un factor de reducción

ASCE 7 – “MINIMUN DESIGN LoADS FoR BUILDINGS AND oTHER STRUCTURES”

El AISC decide enfocarse en el desarrollo de la Especificación LRFD a comienzos de lo años 1990´s con dos revisiones de dicha normativa en 1993 y 1999 acompañados de los respectivos manuales de construcción en acero y numerosas guías de diseño.

Bases de Diseño y Formato 1986 AISC – LRFD: 1a ESPECIFICACIóN y 1er MANUAL

de capacidad (Φ), que depende del estado tensional al que está sometido dicho elemento, para obtener su resistencia de diseño: ΦR n. Similar al método ASD, esta resistencia de diseño se debe comparar con las cargas de diseño obtenidas a partir de las cargas actuantes (Q) multiplicadas por los factores de carga (β) de acuerdo con las combinaciones de carga establecidas en el ASCE-7 “Minimun De-

1989 AISC – ASD: 12a. ESPECIFICACIóN y 9o MANUAL

En términos generales, la Especificación 2005 mantiene una organización similar a la de las dos especificaciones de diseño de edificaciones existentes. El documento inicia estableciendo un amplio objetivo de la normativa: en el Capítulo A se plantea la aplicabilidad de la especificación al “diseño estructural de edificios de acero y otras estructuras”, y establece que por otras estructuras se entiende “aquellas estructuras diseñadas, fabricadas y montadas de manera similar a edificios de acero con sistemas estructurales resistentes tanto para cargas ver-

1999 AISC – LRFD: 3ª. EDICIóN DE LA ESPECIFICACIóN y DEL MANUAL

Capítulos A. B. C. D. E. F. G. H.

Provisiones Generales Requerimientos de Diseño Estabilidad: Análisis y Diseño Diseño de Miembros a Tracción Diseño de Miembros a Compresión Diseño de Miembros a Flexión Diseño de Miembros a Cortante Diseño de Miembros para Fuerzas Combinadas I. Diseño de Miembros Compuestos J. Diseño de Conexiones K. Diseño de Conexiones para HSS y Secciones Cajón (nuevo) L. Condiciones de Servicio M. Fabricación, Montaje y Control de Calidad

Apéndices 1. 2. 3. 4.

Análisis y Diseño Inelástico Diseño por Golpeteo (“Ponding”) Diseño por Fatiga Diseño Estructural para Condiciones de Fuego (nuevo) 5. Evaluacion de Estructuras Existentes 6. Estabilidad de Arriostramientos de Vigas y Columnas 7. Método de Análisis Directo (nuevo)

zan en sus cursos en el método de diseño LRFD, en la práctica profesional las empresas, y por lo tanto los ingenieros, tanto diseñadoras de estructuras como las que realizan las labores de detallado, continúan empleando el método de diseño ASD. Llama poderosamente la atención que esta dicotomía no se presente con los diseñadores de estructuras de concreto, que lograron de manera espontánea trasladar sus preferencias de diseño desde la publicación en el año 1971 de la Norma ACI-3187

Contrariamente, el método de diseño por LRFD se plantea en términos de efectos directos (cargas axiales, fuerzas

Con el fin de unificar la presentación de las dos metodologías de diseño es necesario partir de valores numéricos comunes que puedan ser manipulados matemáticamente. Es importante tener en cuenta los cambios conceptuales que se deben introducir en la terminología para facilitar la presentación unificada de estas dos metodologías, a pesar de ser aparentemente tan disímiles. En primer lugar, debe recordarse que tradicionalmente en la metodología de diseño por ASD tanto los efectos causados por las cargas actuantes como las capacidades admisibles de los elementos se miden de acuerdo con

cortantes, momentos flectores, etc) producidos por las cargas y su contraparte en las capacidades resistentes de los elementos. Con el fin de unificar la presentación de las dos metodologías de diseño, es necesario partir de valores numéricos comunes, que puedan ser manipulados matemáticamente para obtener los valores representativos en cada método. Con base en lo anterior ambos métodos parten de la determinación del valor R n definido como la resistencia nominal del elemento, el cual, al ser afectado por el factor de seguridad respectivo (Ω), produce la resistencia admisible (ASD) del elemento, o si es afectado por el respectivo coeficiente de reducción de capacidad (Φ) permite obtener la resistencia de diseño (LRFD).

Comentarios 1. Referencias Históricas 2. Notas para Usuarios El formato unificado del AISC 2005 es probablemente la señal mas visible de cambio en la nueva especificación, que ha permitido involucrar ambos métodos de diseño -ASD y LRFD- en una sola especificación. Por varias razones, el método de diseño LRFD no ha tenido la popularidad que se hubiera esperado entre los ingenieros diseñadores de estructuras de acero. Es paradójico que mientras las universidades norteamericanas enfati-

el concepto de esfuerzo en unidades de fuerza por unidad de área. De esta manera, se establecen diferencias entre el esfuerzo actuante (f), que depende del efecto causado por la carga actuante y las dimensiones de la sección transversal del elemento, y el esfuerzo admisible (F) que depende de las características del material y de aspectos específicos relacionados con el estado tensional causado por las cargas.

AISC 2005 – LRFD & ASD: ESPECIFICACIoNES y MANUAL

A parir de la publicación de la Norma AISC 2005, la metodología de diseño ASD significa “Allowable Strength Design” que significa Diseño por Resistencia Admisible en vez de “Allowable Stress Design” que significa Diseño por Esfuerzos Admisibles. Por lo tanto, de ahora en adelante en los diseños estructurales de elementos de acero realizados de acuerdo

Normativa

ticales como horizontales similares”. El Capítulo B provee al usuario una completa guía que lo orienta sobre la ubicación de cada tópico específico en la normativa. Los capítulos y apéndices incluidos la Especificación 2005 son los siguientes:

327

con la referida norma se hará la distinción entre resistencias admisibles (ASD) y resistencias de diseño (LRFD).

Con respecto al Manual de Diseño del AISC 2005, el principal objetivo es permitir retornar al formato y planteamientos sencillos que se tuvieron hace 84 años .

El diseño para ASD deberá realizarse de acuerdo con: Ra≤ Rn /Ω Donde: • Ra = resistencia requerida (ASD) • R n = resistencia nominal especificada en los Capítulos C a K • Ω = factor de seguridad especificado en los Capítulos C a K • R n/Ω = resistencia admisible

Normativa

El diseño para LRFD deberá realizarse de acuerdo con:

328

Ru ≤ ΦRn

En la Especificación AISC 2005 las metodologías de diseño por ASD y por LRFD se correlacionan de la siguiente manera: • Estados Límites • Resistencias nominales (Mn , Pn) • Relación directa entre Φ y Ω Para calibrar el LRFD 1986 se estableció: L / D = 3.0 • Para LRFD se tiene: ΦRn = 1.2D + 1.6L = 1.2D + 1.6(3D) = 1.2D + 4.8D = 6D

Rn = 6D / Φ

Donde: • Para ASD se tiene: • Ru = resistencia requerida (LRFD) • Φ = factor de resistencia especificado en los Capítulos C a K • ΦRn = resistencia de diseño

Rn/ Ω = D + L = D + 3D = 4D Rn = Ω x 4D

• Igualando las expresiones para R n: Esta formulación permite una sola ecuación para cada estado límite de diseño usado, ya sea ASD o LRFD. Es igualmente posible que el usuario use las ecuaciones con base en resistencias o en esfuerzos cuando se emplee esta especificación. El mensaje detrás de esta formulación es que el acero se comporta como acero independientemente de la metodología empleada para su diseño.

6D / Φ = Ω x 4D

De esta manera se facilita la presentación de la Especificación AISC 2005 en el formato “lado a lado” que ilustraremos con el siguiente ejemplo: Formato “Lado a Lado” Ejemplo: Fluencia en Tracción P n = F y Ag Φt = 0.90 (LRFD) Ωt = 1.67 (ASD) Pu ≤ tPn Pa ≤ Pn / Ωt

AISC 2005 – FoRMATo UNIFICADo DE PRESENTACIóN

• Entonces: Ω = (6D / Φ) x (1 / 4D) = 6D /(Φ x 4D) = 6 / (4Φ) Ω = 1.5 Φ

13ª Edición del Manual AISC Con respecto al Manual de Diseño del AISC 2005, el principal objetivo del “Committee on Specifications” es permitir retornar al formato y planteamientos sencillos que se tuvieron hace 84 años cuando se crearon y se publicaron por primera vez: como verdaderos manuales de diseño. Todas las tablas y ayudas de diseño son presentadas paralelamente en formatos para ASD y LRFD, distinguiéndose intuitivamente mediante el uso de colores: valores para ASD en texto negro sobre fondo verde y para LRFD en texto azul sobre fondo blanco.

LRFD

ASD

Factor de Resistencia

Factor de Seguridad

2005 – FoRMATo DE DIFERENCIACIóN DE METoDoLoGíAS

2005 ASD & LRFD: Como se Diferencian? LRFD ASD Φ Ω Factor de Resistencia Factor de Seguridad

El Manual AISC 2005 está formado por dos volúmenes: El volumen 1 contiene la información que tradicionalmente ha sido incluida en el manual del AISC: • Tablas de perfiles estructurales, • Consideraciones generales de diseño, • Tablas de diseño de elementos para diferentes estados tensionales, • Tablas de diseño de conexiones, • Especificaciones AISC 2005 El volumen 2 contiene ejemplos de diseño, bases de datos de perfiles structurales y las especificaciones.

Conclusión AISC 2005 – VoLUMEN 1: MANUAL y TABLAS ACLARAToRIAS

2005 – VoLUMEN 2: CoMPLEMENTo EL MANUAL

La AISC “Specification for Structural Steel Buildings” fué presentada en 2005 junto con una versión totalmente actualizada del Manual de Diseño. Los dos volúmenes, que cubrían separadamente las especificaciones de diseño para ASD y LRFD, fueron resumidos en un volumen que de acuerdo con un ingenioso formato unificado, partiendo de la resistencia nominal del elemento, permite desarrollar simultáneamente las dos metodologías.

Agradecimientos

2005 – EjEMPLo DE TABLAS DEL MANUAL

El autor desea expresar sus agradecimientos a los Ingenieros Cynthia J. Duncan, Secretaria del “Committee on Specifications” de AISC, y Christopher M. Hewitt, “Staff Engineer” de AISC, quienes amablemente facilitaron gran parte de la información requerida para la preparación del presente artículo.

Referencias 1 2 3 4 5 6 7

American Institute of Steel Construction, “Specification for Structural Steel Buildings”, Chicago, Illinois, March 2005. American Institute of Steel Construction, “Specification for Structural Steel Buildings – Allowable Stress Design and Plastic Design”, Chicago, Illinois, 1989. American Institute of Steel Construction, “Load and Resistance Factor Design for Steel Buildings”, Chicago, Illinois, 1999. American Institute of Steel Construction, “Specification for Allowable Stress Design of Single Angles”, Chicago, Illinois, 1989. American Institute of Steel Construction, “Load and Resistance Factor Design Specification for Steel Hollow Structural Sections (HSS)”, Chicago, Illinois, 2000. American Institute of Steel Construction, “Load and Resistance Factor Design Specification for Single Angle Members”, Chicago, Illinois, 2000. American Concrete Institute, “Building Code Requirements for Structural Concrete – ACI-318-71”, Detroit, Michigan, 1971

Normativa

2005 ASD & LRFD: Como se Diferencian?

329

Normativa

Normativa colombiana sobre Construcción Liviana en Seco (CLS) “Dry wall” Pedro A. Botero Cock Ing. Civil Escuela de Ingeniería de Antioquia MSc I.T.S - Universidad de Leeds (Inglaterra) Gerente técnico AYB Modulares S.A.

330

1. Normativa existente aplicable a la CLS Este artículo se divide en dos partes. La primera hace un recuento de la normativa existente en Colombia aplicable a la CLS bien sea directa o indirectamente, mencionando en forma sucinta el contenido y el numeral o literal de la NSR-98 para facilitar la labor del ingeniero encargado del análisis y diseño. Se destaca al final de esta parte, la labor fundamental del ICONTEC en el proceso de elaboración de la norma y su espíritu de cooperación, el cual se espera también se replique en un futuro cercano en la cristalización de una normativa nacional de la CLS La segunda parte presenta algunas de las normas más importantes aplicables al sistema, desarrolladas por la ASTM, cuya adaptación o consideración se propone para Colombia con el fin de homologar el sistema y procurar construcciones de calidad y estabilidad, en defensa del sistema y del usuario final.

Las reglas aplicables provienen de la Norma Sismo Resistente Colombiana (NSR-98) y los numerales mencionados a continuación en este capítulo se refieren a ella. Se destaca en primera instancia la expectativa de los usuarios o propietarios de las edificaciones: “En general el usuario espera que la edificación no tenga ningún daño con la ocurrencia de un sismo, y aunque las Normas defienden respecto a la posibilidad de daño estructural grave y de colapso de la edificación, en general se pueden presentar daños graves a los elementos no estructurales de la edificación, especialmente en lo muros divisorios y fachadas, en caso de sismos severos.” “Existe un peligro grave para la vida humana a raíz del desprendimiento de elementos de fachada, los cuales al caer pueden afectar a los transeúntes. Este punto fue resaltado por los últimos sismos que han afectado el territorio nacional.” Seguidamente se refiere a la reducción del daño de los elementos no estructurales –muros divisorios y de fachadas– así: “Lo anterior indica que la estrategia a seguir en la reducción del daño a los elementos estructurales consiste en atacar dos frentes simultáneamente: un cambio en la práctica de construcción de elementos tales como muros divisorios y fachadas, y una reducción en la flexibilidad de las estructuras ante efectos horizontales, dándole mayor rigidez a la estructura.”

A continuación se indica en que consisten estos cambios de filosofía constructiva:

(A.9-1)

1.a - Criterio de diseño A.9.4 (A.9-2)

En las cuales el significado de cada variable es el siguiente: • ax: Aceleración horizontal expresada como un porcentaje de la gravedad sobre el elemento no estructural, localizado en el piso x. • ap: Coeficiente de amplificación dinámica del elemento no estructural. • Mp: Masa del elemento no estructural. • Rp: Capacidad de reducción de energía del elemento no estructural y su sistema de soporte. • Aa: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para diseño. • I: Coeficiente de importancia. • g: Aceleración debida a la gravedad (9.81 m/s2). Respecto a los coeficientes ap y Rp, la tabla A.9-2 indica lo siguiente para la CLS. (Ver página siguiente)

1.d - Fuerzas de viento sobre muros de fachada (A.9.5.4) Si el valor absoluto de las fuerzas de viento es mayor que 0.7Fp (Fuerza sísmica horizontal sobre el elemento no estructural), se debe usar la fuerza de viento en lugar de Fp. Los anclajes se deben diseñar para 1.4 veces la fuerza de viento (Fv).

1.e - Anclaje de las fachadas A.9.5.5. Se debe considerar no sólo la capacidad de soporte sino también la ductilidad y posibilidad de rotación para aceptar desplazamientos.

1.b - Acabados y elementos arquitectónicos A.9.5 Entre los elementos que requieren especial cuidado en su diseño se indican (A.9.5.2:) Elemento

Consideración

Muros de fachada

No disgregarse ni caer ante sismo

Muros interiores

Evitar vuelcos

Cielos rasos

Evitar desprendimientos y caídas.

Áticos, parapetos y antepechos

Ídem a fachadas

1.c - Fuerzas sísmicas de diseño A.9.4.2 Para la estimación de estas fuerzas la norma proporciona las siguientes ecuaciones:

1.f - Fuerzas sísmicas en la dirección perpendicular al plano del muro no estructural. A.9.5.7 Las deflexiones de los muros deben ser inferiores a capacidad de deformación.

1.g - Cargas 1.g.1 Cargas muertas mínimas: B.3.3 Cielos rasos livianos pegados a la losa: 0.05 a 0.10 kN/m2 1.g.2 Cargas muertas fachadas: B.3.4.1 • Lámina de yeso 16mm protegida, al exterior, retícula de acero y lámina de yeso 10 mm al interior.…………..1.00 kN/m2

Normativa

a). Separar los muros de la estructura. Para ello se requiere el uso de dovelas de amarre mecánico entre la parte superior del muro y la viga del piso superior, así como la separación lateral de este con las columnas que sea igual a la deriva máxima esperada. b) Disponer de elementos que admitan las deformaciones de la estructura. Bajo este literal se pueden enmarcar los muros de la CLS.

331

Tabla A.9-2. Coeficiente de amplificación dinámica, ap y coeficiente de capacidad de disipación de energía mínimo requerido, Rp, para elementos arquitectónicos y acabados.

Normativa

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL

332

COEfiCiENTE dE CApACidAd dE diSipACióN dE ENERgíA. Rp. MíNiMO REqUERidO

grado de desempeño Superior

Bueno

Bajo

fachadas: Lámina en yeso, con costillas de acero

1.0

1.5

Muros que encierran puntos fijos y ductos de escaleras, ascensores y otros.

1.0

3.0

1.5

0.51

Muros divisorios y particiones Corredores en áreas públicas Muros divisorios de altura total Muros divisorios de altura parcial

1.0 1.0 1.0

3.0 1.5 1.5

1.5 1.5 1.5

0.51 0.51 0.51

Elementos en voladizo vertical Áticos, parapetos y chimeneas

2.5

3.0

1.5

Anclaje de enchapes de fachada

1.0

1.5

0.5

Cielos rasos

1.0

1.5

No requerido

• Lámina de yeso 16mm protegida, más enchape cerámico al exterior, retícula de acero y lámina de yeso 10 mm al interior.…………...…………...…………...……….. 2.50 kN/m2 1.g.3 Cargas muertas de divisiones livianas: B.3.4.3 • Se indican para altura de entrepiso = 2.20m • Muros con placa de ½” a cada lado y retícula metálica …………….........….…………….........… 0.90 kN/m2 • Por cada mm adicional de espesor de placa ........0.04 kN/m2 1.g.4 Cargas vivas • Empuje en pasamanos y antepechos B.4.2.2: aplica a barandas y pasamanos de escaleras y balcones tanto interiores como exteriores y antepechos. • Fuerza aplicada en la parte superior…....……...… 0.75 kN/m 1.g.5 Fuerzas de viento • Revestimiento y tamaño del edificio B.6.5.5.2.: en fachadas y cubiertas utilizar Clase A • Ídem para coeficientes de presión de revestimiento B.6.7.2.2. • Coeficientes de presión interna B.6.9. • Si hay divisiones interiores impermeables, distribuir diferencia de presión entre fachadas a sotavento y barlovento.

1.h - Diseño de miembros estructurales de acero formados en frío F.6 • Elementos, máximas relaciones de ancho plano/espesor para aletas F.6.2.1.1.1. • Elementos, relación máxima altura/espesor en almas F.6.2.1.2.

Evolución gráfica del área efectiva de un perfil de lámina delgada al variar esfuerzos de compresión axial fn (N/mm2) 229.99

213.94

96.60

99.76

174.61

79.80

51.20

44.47

107.28

121.97

127.10

136.76

Área efectiva (mm2)

1.i - Resistencia y protección contra el fuego en las edificaciones La tabla indica las resistencias mínimas al fuego dependiendo de la categoría y del tipo de elemento de la construcción. Con el tiempo requerido de resistencia al fuego se puede entrar a las tablas de resistencia al fuego de diferentes configuraciones de muros del sistema CLS para seleccionar el más adecuado.

Elementos de la construcción

Categoría según clasificación J.2.3.1 I

III

Muros Cortafuego

2 1/2

Muros de cerramiento de escaleras, ascensores, buitrones, ductos para basuras y corredores de evacuación

1 1/2

Muros divisorios entre unidades

1 1/2

1/2

1/4

Columnas y muros portantes de cualquier material, y estructuras metálicas en celosía

1 1/2

Cubiertas

1/2

Escaleras

1/2

1/4

Muros interiores no portantes

1.i.1

Acabados interiores J.2.8.2

Hasta aquí se logra apreciar que aunque existe normativa que se puede aplicar a la CLS, no existe una reglamentación específica aplicable a ella. Sin embargo, hay que destacar en la elaboración de la NSR98 la voluntad de ICONTEC de homologar normas a partir de ASTM, como se aprecia en el prefacio en la pág xxiii: “Todas las normas técnicas mencionadas en el Reglamento corresponden a normas técnicas colombianas, NTC, expedidas por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, con muy contadas excepciones. En este aspecto hay que resaltar la labor realizada por este Instituto para homologar normas nacionales en muchos casos en que solo existía una norma de la ASTM o de otro instituto de normalización.” A esta sazón se propone la siguiente definición de CLS: Sistema de construcción que utiliza una retícula de soporte liviana, la cual se cubre con placas de diversos materiales, también livianos. Durante el proceso de fabricación y acabado no se utiliza agua. Se sugiere que para la definición de la terminología se parta de lo indicado en la norma ASTM C 11 - Annual Book of ASTM Standards Vol 04.01

Clasifcación del material según su característica de propagación de la llama (*) Clase

Indice de propagación de la llama (*)

0 a 25

26 a 75

76 a 225

Más de 225

2. Ejemplos de aplicaciones del sistema CLS

Clasificación según norma NTC 1691 (ASTM E 84)

Según esto las placas se clasifican de la siguiente forma: Fibrocemento

Clase 1

Cartón yeso

Clase 2

Procedimiento “Prueba de túnel” NTC 1691- ASTM E 84

1.i.2

Cielos rasos J.2.8.3

Se indica que los soportes, cuelgas y retícula deben ser incombustibles

CIELOS RASOS

Normativa

Tabla J.2-3 Resistencia requerida al fuego normalizado NTC 1480 (ISO 834) en horas, de elementos de una edificación

333

Normativa

MUROS INTERIORES

FACHADA

334

CASAS

Normativa 335 MUROS INTERIORES

FACHADA

CENTRO COMERCIAL

Normativa

TECHOS

336

PLACAS

FACHADA

3. Materiales Los materiales utilizados en el sistema CLS se encuentran completamente normalizados por la ASTM en el capitulo C, como se verá a continuación.

• Resistente a la humedad - RH - (Verde): ASTM C 630 • Alero (Soffit). ASTM C 931 • Fibro-cemento: NTC 4373 (ISO 8336 ) • “##” se refiere al tipo de placa, i.e. 36, 630, etc.

3.a Placas • Normal: ASTM C36 • Resistente al Fuego (RF): ASTM C ## tipo X

3.b Perfiles Se aplican normas diferentes dependiendo del tipo de perfil, clasificándolos como “No estructurales” y “Estructurales”

3.b.1 Perfiles No estructurales: ASTM C 645

3.b.2

Normativa

• Cargas transversales: hasta 480 Pa (49 kgf/m2 aprox.), • Carga vertical de no más de 1460 N/m (149 kgf/m aprox.) ó una carga vertical súper impuesta de no más de 890 N (91 kgf aprox.)

Sección recta de un perfil omega ASTM C 645 (mm)

337

3.b.3

Mercado de perfiles no estructurales para cielo raso

Se encuentran en el mercado una gran variedad de secciones de perfiles tanto para la construcción de cielos como de muros en el sistema CLS. En muchos casos estas secciones difieren considerablemente de las mínimas establecidas por la norma ASTM C 645 como se ve a continuación.

ASTM C 645 Tabla X3.1 Código de colores para miembros Color

Espesor mínimo de metal base

CUMpLE ASTM C 645 VIGUETAS

Equivalencias

(mils)

Ninguno

0.0179

0.455

Negro

0.0269

0.683

Rosado

0.0296

0.752

Blanco

0.0329

0.836

El espesor mínimo del metal base es 95% del espesor de diseño

CUMpLE ASTM C 645 PARALES

3.b.4 Definición de los ítems que se deben revisar y sus tolerancias en la fabricación y recepción de perfiles no estructurales. (En la NSR-98 existe una clasificación similar para tablas

3.b.5 Perfiles utilizados para la construcción de cielos rasos suspendidos. Vigueta principal @ 1.22m

en el apéndice G-A pág. G-47,48)

Cuelga de alambre cal 10 @ 1.22m

Amarre de alambre

Espaciamiento máx. = 1.22m

ASTM C 645 00. Tabla 1 Tolerancias de fabricación

Normativa

Dimensión A

Ítem revisado

+ 1 (25.40)

- 1/4 (6.35)

Ancho del Alma

+ 1/32 (0.79) - 1/32 (0.79)

+ 1/8 (3.18) - 0 (0)

Acampanado

+ 1/16 (1.59)

+ 0 (0)

Sobredoblado

- 1/16 (1.59)

- 3/16 (4.76)

Longitud

Canales muros secos in (mm.)

+ 1/8 (3.18) A

338

Parales muros secos in (mm.)

Perforación central

+ 1/8 (3.18)

Ancho

- 1/8 (3.18)

Centro de perforación

+ 1/4 (6.35)

Longitud

- 1/4 (6.35)

Corona

+ 1/8 (3.18)

- 1/8 (3.18) Pandeo

Arco

Giro

En la norma versión 1984 para perfiles no estructurales: ASTM C 645-84, en la tabla 6, literal B, sí indicaba que el uso de otras secciones de miembros conformados en caliente o en frío de resistencia de viga equivalente podrían ser sustituidos por aquellos especificados. ASTM C 754 -84. Tabla 6. Luces y espaciamientos de viguetas principalesA,B

Tamaño máximo y tipo

Máxima luz entre colgantes o soportes pie (m)

Máximo espaciamiento de viguetas principales centro a centro pie (m)

1 1/2” (38.1 mm) - 0.475 lb/ pie canal formada en frío

3 (0.90)

5 (1.5)

1 1/2” (38.1 mm) - 0.475 lb/ pie canal formada en frío

3 1/2 (1.1)

4 1/2 (1.4)

1 1/2” (38.1 mm) - 0.475 lb/ pie canal formada en frío

4 (1.2)

6 (1.8)

- 1/8 (3.18)

1 1/2” (38.1 mm) - 1.12 lb/pie canal formada en caliente

1/32 per ft (0.79)

2” (50.8 mm) - 1.26 lb/pie canal formada en caliente

3 1/2 (1.1)

8 (2.4)

1/2 max. (12.7)

1 1/2” (38.1 mm) - 0.59 lb/pie canal formada en frío

3 1/2 (1.1)

6(1.8)

1/32 per ft (0.79)

1/2 max. (12.7)

1/32 per ft (0.79)

1/2 max (12.7)

1/2 max. (12.7)

Todas las medidas deben ser tomadas a no menos de 1ft (305mm) del extremo. B Medida exterior para el paral; interior para la canal. A

Placa de cartón yeso de ½” (12.7mm) ó de 5/8” 15.9mm

A Estas luces están basadas en almas de canales instaladas verticalmente B Otras secciones de miembros formados en caliente o en frío de vigas de resistencia equivalente pueden ser sustituidas por aquellas especificadas

En la versión 2000 de la norma ASTM C 645-00. En la versión de 2000 ya no aparece la posibilidad de sustituir los perfiles por otros de secciones diferentes a las especificadas pero de resistencia equivalentes.,como se puede apreciar en la Tabla 2 de la ASTM C 645 00.

ASTM C 955 00. Tabla 1 Tolerancias de fabricación Dimensión

TABLA 2 Luces y espaciamientos de miembros horizontales para emplacado

Tipo de perfil al que se fijan las placas

Máximo espaciamiento A c. a c. B pulgadas (mm)

Máxima luz pies (mm)

Canal rígida para emplacado

24 (610)

4 (1220)

Paral 1 5/8” (41 mm) (Instalado con el lado abierto hacia arriba y contra el soporte)

24 (610)

5 (1520)

Paral 2 1/2” (64 mm) (Instalado con el alma vertical al soporte) C

24 (610)

6 (1830)

Paral 3 5/8” (92 mm) (Instalado con alma vertical al soporte) C

24 (610)

8 (2440)

B (**)

Consultar la tabla 1 de ASTM C 645-00 para máximo espaciamiento según el espesor de la placa de cartón yeso

c. a c. - centro a centro

6 pulg (150 mm) de longitud de paral o canal de igual sección debe anidarse para formar una “caja” en cada amarre tipo silla de montar

Se consideran perfiles estructurales los que cumplen las siguientes características: • Carga transversal > 290 N/m (30 kgf/m aprox.) en la longitud del miembro • Carga axial, aparte del de las placas de recubrimiento de más de 890 N (91 kgf aprox.) por miembro • Espesor mínimo del metal base de 0,84 mm, es decir calibre 20. Las tablas que aparecen enseguida indican las tolerancias de producción y el código de colores para identificar los espesores mínimos de metal base con el cual se fabrican los perfiles.

ASTM C 955 Tabla 2 Código de colores para miembros Espesor mínimo de metal base (mils)

Equivalencias in

Blanco

0.0329

0.8360

Amarillo

0.0428

1.0870

Verde

0.0538

1.3670

Naranja

0.0677

1.7200

Rojo

0.0966

2.4540

Azul

118

0.1180

2.9970

Item revisado

Parales in (mm)

Canales in (mm)

+3/32 (2.38)

+1/2 (12.7)

-3/32 (2.38)

-1/4 (6.35)

+1/32 (0.79)

-1/32 (0.79)

+1/8 (3.18)

+1/16 (1.59)

+0 (0)

-1/16 (1.59)

-3/32 (2.38)

Perforación central

+1/16 (1.59)

Ancho

-1/16 (1.59)

Centro de perforación

+1/4 (6.35)

Longitud

-1/4 (6.35)

Longitud

Ancho del alma

Acampanado Sobre doblado

3.b.6 Perfiles Estructurales: ASTM C955

Color

Corona

Pandeo

Arco

Giro

+1/16 (1.59)

-1/16 (1.59)

1/32 x ft (0.79)

1/2 max (12.7)

1/32 x ft (0.79)

1/2 max (12.7)

1/32 x ft (0.79)

1/2 max (12.7)

(*) Todas las medidas deben ser tomadas a no menos de 1 pie (305 mm) del extremo (**) Medida exterior para el paral; interior para la canal

Normativa

NORMA ASTM C-754 00

339

3.c Tornillos y anclajes Existe una gran variedad de tipos de tornillos, los cuales se clasifican por el tipo de punta, su longitud, calibre (espesor) y el tipo de cabeza, lo cual permite su utilización para fijar y atravesar diferentes tipos de materiales. La siguiente imagen ilustra los diferentes tipos de tornillos más utilizados en la CLS. Las normas que regulan este tipo de tornillos son las siguientes: • ASTM C 1002, Utilizados en retículas no estructurales • ASTM C 954, Utilizados en retículas de perfiles que soportan carga (“estructural”)

3.d Masillas y cintas para tratamiento de juntas La regulación de estos materiales está incluida en las normas ASTM C 475.

Normativa

3.d.1 Masillas • Presentación: Masillas en polvo y Premezcladas • Existen también diversos tipos: Secado normal, Secado Rápido (20, 30, 45 y 60 minutos), Multiuso, de acabado y de endurecido especial, resistente a la humedad.

340 3.d.2 Cintas para el tratamiento de juntas Papel Papel con metal Auto Adherente (fibra de vidrio)

3.e Cuelgas de Alambre para cielos suspendidos. La tabla siguiente indica el tipo de cuelga que se debe utilizar en función del área soportada. La norma no indica la utilización de perfiles en ángulo “L” para suspender el cielo.

NORMA ASTM C 754

Máxima área de cielo soportada pie2 (m2)

Diámetro mímino pulg (mm) [calibre]

14 (1.3)

0.1350 (3.43) alambre [10]

16 (1.5)

0.1483 (3.77) alambre [9]

18 (1.7)

0.1620 (4.12) alambre [8]

20 (1.9)

3/16 (4.76) varilla de acero dulce

22.5 (2.1)

7/32 (5.56) varilla de acero dulce

25 (2.3)

1/4 (6.35) varilla de acero dulce

28 (2.6)

1 por 3/16 (25.4 por 4.76) platina de acero dulce

Colgantes entre miembros estructurales A

9 (0.8) 14 (1.3) 18 (1.7)

0.1055 (2.68) alambre [12] 0.1350 (3.43) alambre [10] 0.1620 (4.12) alambre [8]

Lazos doblesde alambre en miembros estructurales A

9 (0.8) 14 (1.3) 16 (1.7)

0.0800 (2.03) alambre [14] 0.1055 (2.68) alambre [12] 0.1350 (3.43) alambre [10]

Tipos de apoyo: Concreto Acero o madera

9 (0.8) 9 (0.8)

0.0800 (2.03) alambre [14] 0.0625 (1.59) alambre [16] (dos lazos) B

Tipo de colgante

Colgantes para cielos suspendidos

Colgantes para fijar las viguetas principales y perfiles de emplacado directamente a miembros estructurales

A B

Para soporte de viguetas principales

Para soporte de perfil de emplacado sin vigueta (nudos de alambre en soportes)

Insertos, clips especiales o tornillos u otros elementos de la misma resistencia serían permitidos Dos lazos de 0.0475 pulg.(1.21 mm) de alambre galvanizado No.18 serían permitidos para sustitución de cada lazo de 0.0625 pulg. (1.59 mm) en alambre calibre 16 para fijar perfiles de acero para emplacado a viguetas de acero o madera.

Amarre de la vigueta a la cuelga de alambre para cielos suspendidos ASTM C 754

A la derecha se aprecia la sujeción de la vigueta con la cuelga de alambre así como la conexión entre un perfil omega y una vigueta utilizando alambre de amarrar.

Normativa

TABLA 5 Cielos rasos suspendidos y emplacados, tamaños mínimos de colgantes

341

En la siguiente ilustración se ve el uso de flejes para suspender las viguetas del cielo raso: Detalle de sujeción a viga de madera y conexión a la vigueta mediante tornillo.

Normativa

Accesorios de acabado ASTM C 1047 Corresponde al conjunto de filetes utilizados para mejorar la apariencia del acabado del sistema, así como para proteger los cantos expuestos de las placas de cartón yeso.

342

3.g Proceso constructivo El proceso de construcción de cielos y muros mediante el sistema CLS está definido claramente para la instalación de la retícula de soporte y también para la instalación de las placas que la cubren, así como el acabado que recibe la superficie de las placas.

3.g.1 Norma ASTM C 754 Se refiere a los procedimientos que se deben llevar a cabo para realizar la instalación de retícula metálica en cielos y muros divisorios con perfiles que cumplen ASTM C 645 (No soportan carga axial).

3.g.2 Espaciamiento máximo entre perfiles La tabla de la página 76 indica cual es el espaciamiento máximo que se puede tener entre centro de perfiles en función de los espesores de las placas que se pueden utilizar para cielos y para muros, de la cantidad de placas por capa, el espaciamiento de los perfiles, y la forma en que se aplique la placa (la dimensión mayor perpendicular o paralela a los parales).

NORMA ASTM C 754 Tabla 1 Máximo espaciamiento en entramados Nota 1 - Cuando exista conflicto entre espaciamiento de capas de base y emplacado debe usarse el menor espaciamiento Espesor de la placa de cartón yeso Capa de base pulg. (mm)

3/8” (9.5)

Máximo espaciamiento entre centros

Capa de cara pulg. (mm)

Localización

Aplicación

Sólo 1 capa pulg. (mm)

Dos capas Sólo tornillos pulg. (mm)

Adhesivo entre capas pulg. (mm)

…

Cielos rasos

perpendicular

16 (406)A

3/8” (9.5)

Cielos rasos

perpendicular

16 (406)

3/8” (9.5)

Cielos rasos

paralela

16 (406)

…

Cielos rasos

perpendicular

24 (610)A

…

Cielos rasos

paralela

16 (406)A

3/8” (9.5)

Cielos rasos

perpendicular

16 (406)

24 (610)

3/8” (9.5)

Cielos rasos

paralela

24 (610)

1/2” (12.7)

Cielos rasos

perpendicular

24 (610)

1/2” (12.7)

Cielos rasos

paralela

16 (406)

24 (610)

…

Cielos rasos

perpendicular

24 (610)A

…

Cielos rasos

paralela

16 (406)A

3/8” (9.5)

Cielos rasos

perpendicular

16 (406)

24 (406)

3/8” (9.5)

Cielos rasos

paralela

24 (610)

1/2” ó 5/8” (12.7 ó 15.9)

Cielos rasos

perpendicular

24 (610)

1/2” ó 5/8” (12.7 ó 15.9)

Cielos rasos

paralela

16 (406)

24 (406)

…

Muros

paralela

16 (406)A

3/8” (9.5)

Muros

1/2” ó 5/8” (12.7 ó 15.9)

Muros

Perp o paral

16 (406)

…

Muros

Perp o paral

16 (406)A

24 (610)A

3/8” ó 1/2” ó 5/8” (9.5 ó 12.7 ó 15.9)

Muros

Perp o paral

16 (406)

24 (610)

…

Muros

Perp o paral

24 (610)A

3/8” ó 1/2” ó 5/8” (9.5 ó 12.7 ó 15.9)

Muros

Perp o paral

24 (610)

5/8” (15.9)

1/4” (6.4)

3/8” (9.5)

1/2” ó 5/8” (12.7 ó 15.9)

Perpendicular- Perpendicular a elementos del entramado Paralelo- Paralelo a elementos del entramado NA- No aplicable NR- No recomendado A significa espaciamiento del entramado para capa de base en aplicaciones de dos capas

Normativa

1/2” (12.7)

343

3.g.3 Instalación de la placa sobre perfiles no estructurales: ASTM C 754 y C 840

Placa instalada en forma “paralela”

Normativa

Placa instalada en forma “perpendicular”

344

4.a.1 ASTM C 1007: Instalación de retícula de perfiles que soportan carga (“Estructural”)

La tabla de la página 78 permite determinar el tipo de perfil que se debe utilizar para muros de una sola placa por cada lado, en función de su altura, el espaciamiento entre perfiles, la relación de luz/flecha deseada y la carga normal aplicada para perfiles calibre 25 que cumplen la norma ASTM C 754. En el cuadro se resalta a modo de ejemplo el resultado obtenido para una carga de 5 psf ( ~240 Pa), con perfiles espaciados 610 mm a centros, una flecha máxima de L/360 y altura de 3.50 m. El perfil elegido en este ejemplo es el de 3 ½” ó 3 5/8” (ver nota F).

4. ASTM C 840: Aplicación y acabado de placas de tabla roca. Esta norma trata en detalle la aplicación y acabado de las placas de cartón yeso, desde la aplicación de una o dos capas sobre retículas de madera, de acero o sobre muros existentes en mampostería o concreto; utilización de clavos, tornillos o adhesivos para fijar la placa a la estructura de soporte, conformación de arcos y radios de curvatura mínimos para placas de diferentes espesores; aplicación de placas que recibirán azulejos pegados con adhesivos; aplicación de placas de cartón yeso para exteriores y placas para aleros; juntas de control, etc. • Juntas de control: Para Cielos Rasos con área >232 m2, la distancia máxima entre juntas en ambas direcciones es de 15.2 m Ejemplo de una junta de expansión y control en un cielo suspendido. Para muros, la distancia máxima entre juntas de control es de 9.10 m

Esta norma define los procedimientos para llevar a cabo la instalación de perfiles del tipo “Estructural” tanto para sistemas construidos con perfiles (parales) individuales como para paneles prefabricados.

4.a.2 Diseños especiales Deben considerar la NSR-98 capítulos A (sismo), B (cargas con sus combinaciones), F (Perfiles formados en frío), además de todo lo correspondiente a las normas ASTM aplicables al sistema de CLS, para la construcción de casas, fachadas, techos, entrepisos, muros con cargas especiales y cielos rasos con cargas especiales.

5. Resumen de requerimientos más importantes Por último se enuncian las normas más importantes que fueron mencionadas en este artículo y cuya aplicación es fundamental para la funcionalidad y estabilidad del sistema de construcción liviana en seco (CLS). • ASTM C 11: Terminología • ASTM C 36 : Placa de cartón yeso normal • ASTM C 475: Masillas y cintas • ASTM C 630: Placa de cartón yeso Resistente a la Humedad (RH) • ASTM C 645: Perfiles no portantes (No “estructurales”) • ASTM C 754: Instalación de perfiles no portantes • ASTM C 931: Placa de cartón yeso para aleros • ASTM C 954: Tornillos para 0.84 mm e 2.84 mm (“e” se refiere al espesor del metal base del perfil). • ASTM C 955: Perfiles portantes • ASTM C 1002: Tornillos para e <0.84 mm • ASTM C 1007 Instalación de perfiles portantes • ASTM C 1047 Accesorios para CLS • ASTM C 1396 General para placas de cartón yeso

NORMA ASTM C 754 TABLA 3 Máxima altura del paral , pies-pulg (mm), capa sencilla de espesor 1/2” (12.7 mm) en placa de cartón yesoB a cada lado de parales de acero espesor de metal base de mínimo 0.0179 pulg (0.455 mm) espaciados a 12 pulg (305 mm), 16 pulg (406 mm) y 24 pulg (610 mm) C a centros A

Máxima altura del paral pie-pulg (mm)

Alma del paral pulg (mm) Designador IndustrialD

Retícula espaciada 16 pulg (406 mm) a centros Presión lateral

Retícula espaciada 24 pulg (610 mm) a centros Presión lateral

Límite de deflexión

5 psf (240 Pa)

7.5 psf (360 Pa)

10 psf (480 Pa)

5 psf (240 Pa)

7.5 psf (360 Pa)

10 psf (480 Pa)

5 psf (240 Pa)

7.5 psf (360 Pa)

10 psf (480 Pa)

L/120

11-2 (3400)

9-9 (2970)

8-10 (2690))

10-7 (3230)

8-10 (2690)

8-4 (2540)

9-9 (2970)

8-0 (2440)

DND

L/240

8-10 (2690)

DND

8-4 (2540)

DND

7-11 (2410)

DND

L/360

DND

L/120

15-1 (4600)

12-4 (3760)

10-9 (3280)

13-3 (4040)

10-10 (3300)

9-5 (2870)

11-10 (3610)

9-8 (2850)

8-5 (2570)

L/240

11-11 (3630)

10-5 (3180)

9-6 (2900)

11-3 (3430)

9-10 (3000)

8-11 (2720)

10-7 (3230)

9-3 (2820)

8-5 (2570)

L/360

10-5 (3180)

9-1 (2770)

DND

9-10 (3000)

8-7 (2620)

DND

9-3 (2820)

8-1 (2460)

DND

L/120

17-8 (5380)

14-3 (4340)

12-5 (3780)

15-4 (4670)

12-5 (3780)

10-9 (3280)

13-9 (4190)

11-0 (3350)

9-5 (2870)

L/240

15-4 (4670)

13-3 (4040)

12-0 (3660)

14-4 (4370)

12-5 (3780)

10-2 (3280)

13-5 (4090)

11-0 (3350)

9-5 (2870)

L/360

13-3 (4040)

11-7 (3530)

10-5 (3180)

12-4 (3760)

10-10 (3300)

9-9 (2970)

11-7 (3530)

10-1 (3070)

9-1 (2770)

L/120

19-6 (5940)

15-9 (4800)

13-8 (4170)

17-2 (5230)

13-10 (4240)

11-11 (3630)

15-1 (4600)

12-1 (3680)

10-5 (3180)

L/240

16-5 (5000)

14-4 (4370)

13-0 (3960)

15-4 (4670)

13-4 (4060)

11-11 (3630)

14-2 (4320)

12-1 (3680)

10-5 (3180)

L/360

14-4 (4370)

12-6 (3810)

11-4 (3450)

13-4 (4060)

11-8 (3580)

10-6 (3200)

12-4 (3760)

10-9 (3280)

9-9 (2970)

L/120

22-10 (6960)

18-7 (5660)

16-2 (4930)

19-9 (6020)

16-2 (4930)

14-0 (4270)

16-0 (5110)

13-5 (4090)

11-5 (3480)

6 (152.4)

L/240

22-1 (6730)

18-7 (5660)

16-2 (4930)

19-9 (6020)

16-2 (4930)

14-0 (4270)

16-9 (5110)

13-5 (4090)

11-5 (3480)

600S12518

L/360

19-4 (5890)

16-9 (5110)

15-0 (4570)

17-11 (5460)

15-7 (4750)

13-10 (4220)

16-9 (5110)

13-5 (4090)

11-5 (3480)

1 5/8 (41.3) 162S12518

2 1/2 (63.5) 250S12518

3 1/2 (88.9). (F) 350S12518

4 (101.6) 400S12518

Basado en pruebas con placas de cartón yeso sujetado con tornillos espaciados a 12 pulg (305 mm) a centros a miembros del entramado Las alturas máximas de parales son aplicables también a muros cubiertos con placas cartón yeso de espesor mayor de 1/2 “ (12.7 mm) y capas múltiples de placas de cartón yeso C Las aletas de las canales no deben ser atornilladas excepto en lo requerido en el numeral 5.3.2.1 D El Designador Industrial define al miembro en acero formado en frío. Ejemplo: 350S125-18 350 señala la profundidad del alma del miembro en centésimos de pulgada; 350 = 3.50 pulg (88.9 mm) S señala el tipo de miembro; S = paral 125 señala el ancho de la aleta del miembro en centésimos de pulgada; 125 = 1.25 pulg (32 mm) 18 señala el espesor del metal base del miembro en mils; 18 = 0.0179 pulg (0.455 mm) DND: Dato no disponible F También es aplicable a los parales de 3 5/8” (92.1 mm) de profundidad, 362S125-18 A

Normativa

Retícula espaciada 12 pulg (305 mm) a centros Presión lateral

345

Galería Gráfica

CENTRO COMERCIAL VENTURA PLAZA

Galería Gráfica

Cliente: CONSTRUCTORA COLPATRIA S.A.

OSPINAS & CIA S.A. Ubicación: Cúcuta Tiempo de Ejecución: 7 meses Diseño Estructural: EMECON LTDA. Area Cubierta Boulevard: 4.433 m2 Area Soporte Fachada en vidrio: 635 m2 Acero Empleado en Cubierta: 208,2 Ton Acero Empleado en Fachada: 12,5 Ton Acero Empleado en Puentes: 36 Ton Fabricación y/o montaje de la Estructura: EMECON LTDA.

356

CENTRO LOGÍSTICO SERVIENTREGA PEREIRA Cliente: CONSTRUCTORA JG&A LTDA Ubicación: Dosquebradas (Risaralda) Tiempo de Ejecución: 5 meses Diseño Estructural: EMECON LTDA. Area Construida: 2.600 m2 Acero Empleado: 176,2 Ton Fabricación y/o montaje de la Estructura: EMECON LTDA.

CENTRO LOGÍSTICO SERVIENTREGA MEDELLÍN

Galería Gráfica

Cliente: CONSORCIO EDIFICAR Ubicación: Medellín Diseño Estructural: EMECON LTDA. Area Construida: 2.614 m2 Acero Empleado: 191,4 Ton Fabricación y/o montaje de la Estructura: EMECON LTDA.

357

EDIFICIO EL ALFIL Ubicación : Cali Año del Proyecto: 2004 Tiempo de Ejecución: 7 meses Area del Terreno: 4.500 m2 Area Construida: Acero ASTM A-36; 258 Ton Calculo Estructural Acero: ESTRUMETAL

Características Técnicas y/ o sistema constructivo: Estructura metálica para edificio de vivienda, conformada por pórticos con columnas y vigas tipo “I”, con entrepisos en losas de concreto fundidas sobre Lámina Colaborante.

CUBIERTA ESTADIO DEPORTIVO CALI Cliente: SUITES y PALCOS S.A. Ubicación: Recta Cali - Palmira Año del Proyecto: 2004 - 2005 Tiempo de Ejecución: 12 meses Area del Terreno: 12.466 m2 Area Construida: Acero ASTM A-36; 374 Ton Calculo Estructural Acero: ESTRUMETAL

Características Técnicas y/ o sistema constructivo:

Galería Gráfica

Estructura metálica para soporte de cubierta con vigas tipo celosia en perfiles angulares

358

PLANTA PERFICOL Ubicación: Caloto, Cauca Año del Proyecto: 2007 Tiempo de Ejecución: 6 meses Area Construida: 30.000m2 Area de Cubierta: 12000 m2 Acero Empleado: 400 Ton Acero Empleado en cubierta: 144 Ton Administración delegada: Promocón Cubiertas: Fajobe - Cumesa Proveedor de acero: FAJOBE S.A. Puentes Grua: IMOCOM S.A. Calculo Estructural Acero: Ing. Rodrigo Delgado Fabricación y/o montaje de la Estructura: Construcciones y

Aceros S.A. Constructor: Interventoría Estructural

Ing. Oscar Díaz Masmela

Características Técnicas y/ o sistema constructivo: Perfiles laminados tipo I y tipo H, fachadas trapezoidales y tejas trapezoidales y tipo sandwich marca FAJOBE CUMESA. Se desarrollaron varios procesos productivos: Alisado y cortado de lámina, fabricación de tubos muebles y perlines, producción de fachadas y cubiertas metálicas.

ESTRUCTURAS CUBIERTAS METRO DE MEDELLÍN

Galería Gráfica

Cliente: METRO MED Ubicación: Medellín Año del Proyecto: 1996 Tiempo de Ejecución: 24 meses Area del Terreno: 30,000 m2 Area Construida: 30,000 m2 Dimensiones Generales (l x a x h): 150 x 18 x 5,0 Acero Empleado: ASTM A-36A - 180 Ton Proyecto arquitectónico: METROMED Calculo Estructural Acero: METROMED Fabricación y montaje de la estructura: CODIMEC LTDA. Constructor: CODIMEC LTDA. Autor Fotografía o Imagen: CODIMEC LTDA.

359

PUENTE PEATONAL ESTACIÓN MADERA DEL METRO Cliente: METROMED Ubicación: Medellín Año del Proyecto: 1997 Tiempo de Ejecución: 4 meses Area del Terreno: 500 m2 Area Construida: 500 m2 Dimensiones Generales (l x a x h): 90 x 30 x 550 Acero Empleado: ASTM A-36 - 65,3 Ton Proyecto arquitectónico: METROMED Calculo Estructural Acero: CODIMEC LTDA. Fabricación y montaje de la estructura: CODIMEC LTDA. Constructor: CODIMEC LTDA. Autor Fotografía o Imagen: CODIMEC LTDA.

ESTRUCTURAS CUBIERTA CENTRO COMERCIAL EL TESORO

Galería Gráfica

Cliente: ARQUITECTURA y CONCRETO Ubicación: Medellín Año del Proyecto: 2006 Tiempo de Ejecución: 5 meses Area del Terreno: 8000 m2 Area Construida: 16000 m2 Dimensiones Generales (l x a x h): 160 x 50 x 6,0 Acero Empleado (Ton, Kg): ASTM A-36 - 95 Ton Proyecto arquitectónico: ARQUITECTURA y CONCRETO Equipo Técnico: ARQUITECTURA y CONCRETO Calculo Estructural Acero: ESTACO Fabricación y montaje de la estructura: CODIMEC LTDA. Constructor: CODIMEC LTDA.

360

CERVECERÍA AGEPER Cliente: Ageper Ubicación: Lima, Peru Año del Proyecto: 2007 Proyecto Arquitectónico: Ageper Acero Empleado (Ton, Kg): G 90 Paneles: Metecno Frigowall (e=150) y Techmet (e=50) Suministro e instalación paneles: Acetesa Calculo Estructural Acero: Everest - Mexico Fabricación y montaje de la estructura: Everest - Mexico Constructor: Grupo Ageper

Características Técnicas y/ o sistema constructivo: Edificio en estructura´metálica forrado integramente con paneles Metecno en muros, techos y puertas.