Revista 58 octubre 2013 Especial Acero "Torre ejecutiva BBVA" by REVISTA VECTOR DE LA INGENIERIA CIVIL

ACERO

Torre Ejecutiva

BBVA

Bancomer Entrevista Ing. Oscar de Buen López de Heredia/14

Walt Disney Concert Halll/36

El acero, un excelente aliado sísmico/44

Vector

Nº 58 Octubre 2013 Costo

$ 50.00

Conexiones en estructuras de acero/17

Vector Octubre 2013

Indice

En portada

AMIVTAC

•Ingeniería Civil del Siglo XXI — Torre Ejecutiva BBVA Bancomer/4

Instituto Mexicano de la Construcción en Acero

•Empresas y empresarios

—GRACE--El “Guru” de la protección pasiva contra fuego/8

—Grupo Colinas de Buen-Edificios altos de acero/12

•Entrevista

—Ing. Oscar de Buen López de Heredia/14

•Suplemento especial

— Conexiones en estructuras de acero/17

•Maravillas de la ingeniería

— Walt Disney Concert Halll/36

•Bitácora

—Reconoce Gobierno Federal impulso del sector siderúrgico/40

•Infraestructura

—El acero, un excelente aliado sísmico/44

•Libros

— Manual de construccion en acero/48

www.revistavector.com.mx comunicar para servir

Editorial Cozumel # 63-A • Col. Roma Norte C.P. 06700 México, D.F. Tel. (55) 5256 1978

Carlos Arnulfo López López Leopoldo Espinosa Benavides José Rafael Giorgana Pedrero Roberto Avelar López Manuel Linss Luján Jorge Damián Valencia Ramírez Enrique Dau Flores CONSEJO EDITORIAL Raúl Huerta Martínez DIRECTOR GENERAL Daniel Anaya González DIRECTOR EJECUTIVO Patricia Ruiz Islas DIRECTORA EDITORIAL Daniel Amando Leyva González JEFE DE INFORMACIÓN Ana Silvia Rábago Cordero COLABORACION ESPECIAL Historia de la ingeniería civil

Alfredo Ruiz Islas CORRECCIÓN DE ESTILO Nallely Morales Luna

DIRECTORA DE DISEÑO Iman Diseño

Ana B. Marín Huelgas Marissa Alejandro Pérez DISEÑO GRÁFICO

Ernesto Velázquez García DIRECTOR DE DISTRIBUCIÓN Aide Celeste Cruz Martínez WEB MASTER

Acero Chino En los últimos años, se ha podido observar una mayor presencia de empresas chinas en proyectos de infraestructura y construcción en muchas partes del mundo. Esta penetración se refleja, por un lado, en las crecientes exportaciones chinas de productos de acero relevantes para el sector de la construcción y por otro, en un incremento en la participación directa de compañías de este país en las licitaciones de obras de infraestructura y la presentación de ofertas concretas en megaproyectos. En el estado de California, una empresa estatal china obtuvo la licitación para reconstruir módulos del emblemático puente Bay Bridge; en 2011, empresas estadounidenses y europeas del sector de energías renovables, reclamaron a sus gobiernos tomar medidas antidumping en contra de empresas chinas – las torres y turbinas eólicas tienen un alto contenido de acero -; un estudio de la CEPAL ha revelado que, en los últimos años, entre las empresas chinas con una particular intención a expandir a nivel internacional, figuran las especializadas en equipamiento para ferrocarriles de alta velocidad; la principal compañía china en infraestructura eléctrica incursionó en Chile a fines del año 2011 y en América Latina, las inversiones chinas en ocasiones reflejan crecientes interdependencias políticas que no necesariamente traen consecuencias favorables para los mercados laborales de la región, tal es el caso de la construcción y el equipamiento del Estadio Nacional de Costa Rica. Con estos ejemplos, se puede ver que el sector de la construcción en acero se ve afectado ya que grandes proyectos de infraestructura están utilizando estructuras de acero de origen chino y los datos obtenidos por la base de datos comerciales Global Trade Atlas, demuestran el aumento de exportaciones chinas de materiales de construcción y estructuras de acero hacia las principales economías latinoamericanas. En total las exportaciones chinas de estructuras para la construcción se han más que duplicado desde 2009

Carlos Hernández Sánchez DIRECTOR DE PROYECTOS ESPECIALES Herminia Piña González DIRECTORA COMERCIAL Myrna Contreras García DIRECTORA DE ADMINISTRACIÓN Dimensiona Artes Gráficas, S.A. de C.V. IMPRESIÓN

“No hemos encontrado todavía, no sólo en México, sino en todo el mundo, una manera eficiente de utilizar las computadoras en la enseñanza”

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Búscanos en Facebook: Vectordelaingenieriacivil REVISTA VECTOR, Año 6, Número 58, Octubre 2013, es una publicación mensual editada, diseñada y distribuida por Comunicaciones La Labor, S. A. de C.V. Cozumel 63 – A, Col. Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, C.P. 06700, Tel. 5256 – 1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx •Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2011- 010512575900-102, ISSN: (En trámite) Licitud de Título y contenido: Certificado No. 15819 Expediente CCPRI/3/TC/13/19755, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX No. IM09- 0754. Impresa Por Dimensiona S. A. de C. V., Francisco Álvarez de Icaza No. 9, Col.Obrera, C.P. 06800, Delegación Cuauhtémoc, México, D. F., Tel. 5761- 5440. Este número se terminó de imprimir el 5 de octubre 2013 con un tiraje de 8,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor.

Punto de Origen

Oscar de Buen López de Heredia

Ingeniería civil del siglo XXI

Torre Ejecutiva

BBVA

Bancomer Cliente:

BBVA Bancomer

Ubicación:

Ciudad de México, México

Área:

183,000 m2

Año:

En Construcción.

Arquitectura:

LEGOROGERS (colaboración entre Rogers Stirk Harbour + Partners y Legorreta + Legorreta) Ricardo L.egorreta. Víctor Legorreta. Richard Rogers. Iván Harbour. Miguel Almaraz. Mark Darbon. Graham Stirk. Adriana Ciklik. Lennart Grut. Carlos Vargas. Ian Birtles. Miguel Alatriste. Víctor Figueroa. James Leathem. Mariana Gómez. Georgina Robledo.

Diseño Estructural: ARUP. COLINAS DE BUEN.

Renders: DECC.

La Torre Ejecutiva de BBVA Bancomer es un proyecto único en México

ara llevar a cabo el proyecto se realizó una sociedad entre Rogers, Stirk Harbour + Partners, despacho británico líder indiscutible en la arquitectura mundial actual, y Legorreta + Legorreta, despacho líder en México con amplia experiencia en el país y en diversos lugares del mundo.

Esta colaboración entre dos firmas que tienen lenguajes arquitectónicos diferentes, pero con valores comunes, generó una arquitectura que no responde a la expresión tradicional de cada uno, sino a una nueva arquitectura especial para este proyecto y para la Ciudad de México de hoy. El edificio se basa en la reinterpretación de la organización tradicional del espacio de oficinas, ofreciendo una variedad de nuevos entornos de trabajo para todos los usuarios, que enriquece el modelo universal de espacio comercial. Explora una arquitectura que promueve un sentido de comunidad y un espacio más sano y eficiente.

ICONO URBANO Y SU RELACIÓN CON LA CIUDAD.

5 5 Empresas y Ingeniería civil Empresarios del siglo XXI

El edificio busca ser una aportación al paisaje urbano de la ciudad, respondiendo al entorno y mejorándolo. La Torre tiene una ubicación única ya que marca el principio del tramo histórico de la Avenida Reforma y la liga de ésta con el Bosque de Chapultepec. La Torre será visible desde diversos puntos de la ciudad, convirtiéndose en un punto de referencia y un nuevo símbolo urbano.

EFICIENTE Y FLEXIBLE RESPONSABLE CON EL MEDIO AMBIENTE Se trata de una arquitectura eficiente en el uso de los recursos, estudiando las distintas orientaciones del sol. El diseño de la fachada se inspira en las tradiciones y el patrimonio arquitectónico mexicanos. La geometría de la estructura en diagonal se utiliza para crear una trama de celosías que protegen la fachada de la luz y el calor del sol. Así mismo, dota al edificio de una textura que evoca las pantallas de las celosías tradicionales, contribuyendo a la obtención de la certificación LEED Oro. En lo posible se proponen materiales locales y soluciones de vanguardia, tanto arquitectónicas como de ingenierías, en el uso de la energía y para lograr la mínima afectación al medio ambiente.

La propuesta se basa en generar plantas libres con la eficiencia para permitir una variedad de entornos de trabajo, de manera que permitirán a los usuarios solucionar sus necesidades presentes y ser fácilmente adaptables a las necesidades futuras.

HUMANO Se busca la mejor calidad de vida posible para los usuarios del edificio, teniendo espacios con mucha luz natural, grandes alturas y acceso a áreas exteriores como jardines y patios. Una serie de jardines elevados, ubicados a lo largo de la Torre incrementarán la riqueza y variedad del espacio. Estos serán distribuidos cada nueve niveles, brindando la posibilidad de que el lugar de trabajo se agrupe en comunidades verticales. También las áreas comunes de los empleados como la cafetería (localizada en el último piso del predio de estacionamiento con amplias vistas al bosque), el auditorio y otras están diseñadas para permitir mayor interacción entre los usuarios promoviendo un sentido de comunidad en un ambiente más humano. Su arquitectura es producto de nuestra cultura mexicana actual, local y universal a la vez. En la planta baja, la entrada a triple altura sobre la esquina del Paseo de la Reforma vinculará las operaciones cotidianas de la sucursal bancaria con los negocios comerciales a nivel ejecutivo que se desarrollarán en los niveles superiores. Desde ahí los ascensores de cristal orientados hacia el parque, llevarán a los usuarios, tanto visitantes como empleados, hasta el nivel de sky lobby. El sky lobby será una ventana a la ciudad y al parque. Exposiciones y eventos públicos podrán llevarse a cabo en las zonas del vestíbulo, el auditorio y la cafetería. La zona de cafetería de la torre se accede desde el sky lobby y se ubicará en la terraza sobre el estacionamiento. Este espacio proporcionará más jardines y una terraza comedor con magnificas vistas al parque. En resumen el edificio busca representar la posición de liderazgo, solidez e innovación que siempre ha caracterizado a BBVA Bancomer, no de una manera ostentosa o pretenciosa, sino con un edificio con buen diseño, eficiente, que contribuya

a la ciudad y mejore la calidad de vida de sus usuarios. Cuando se termine de construir, la torre de 52 pisos proveerá aproximadamente 92,000 metros cuadrados útiles de espacio de oficinas de primer nivel para BBVA Bancomer y alojará a alrededor de 4,500 empleados.

Grupo

Colinas de Buen

Desde su fundación Colinas de Buen ha participado continuamente en el desarrollo y la gestación del México actual.

torre BBVA BANCOMER

torre BBVA Bancomer

*El Grupo ha abierto recientemente una nueva área de trabajo dedicada al desarrollo de proyectos bajo asociaciones público privada, incluyendo la reestructuración, conceptualización, formulación o instrumentación de proyectos carreteros y de transporte.

PROYECTOS ESTRUCTURALES EDIFICIOS DE OFICINAS Y HABITACION INSTALACIONES DEPORTIVAS HOTELES HOSPITALES BIBLIOTECAS, CENTROS EDUCATIVOS Y DE INVESTIGACION MUSEOS TEMPLOS EDIFICIOS GUBERNAMENTALES AUDITORIOS, TEATROS Y CENTROS DE CONVENCIONES CENTROS COMERCIALES Y MERCADOS REESTRUCTURACIONES RESTAURACION ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS HISTÓRICOS ESTRUCTURAS INDUSTRIALES PUENTES ESTACIONAMIENTOS

VIALIDAD, TRANSPORTE E INFRAESTRUCTURA* PROYECTOS VIALES ESTUDIOS DE TRANSPORTE ESTUDIOS DE INFRAESTRUCTURA ESTUDIOS AMBIENTALES

PROYECTOS MULTIDICIPLINARIOS DIRECCION, SUPERVISION Y CONTROL DE OBRAS GERENCIA DE PROYECTOS SUPERVISION TECNICA SUPERVISION TECNICA ADMINISTRATIVA

INGENIERIA EXPERIMENTAL SA de CV MECANICA DE SUELOS Y DE ROCAS ESTUDIOS GEOTECNICOS Y GEOLÓGICOS LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS TOPOGRAFÍA DE PRESICIÓN LABORATORIO DE CALIDAD DE MATERIALES SEGUIMIENTO GEOTÉCNICO DE EXCAVACIONES CONSTRUCCION ESPECIALIZADA

La mayoría de los edificios altos, en México y en el mundo, son de acero. Esto es aún más cierto en zonas sísmicas y de suelos blandos, en que la ligereza, la resistencia y la ductilidad que proporciona el acero lo hacen idóneo.

EDIFICIOS ALTOS DE ACERO

torre BBVA Bancomer

n nuestro país fue la Ciudad de México pionera durante muchos años en la edificación de este tipo de estructuras, la Torre Latinoamericana de 140 m.de altura, construida en los años cincuenta del siglo pasado, con criterios y normas de otra época, sigue siendo uno de sus símbolos. Después, ya en los años ochenta, con criterios actuales y respondiendo a las normas de cada momento se construyeron edificios importantes; la bella torre que fue de Mexicana de Aviación, de 132 m.de alto, y asemeja la torre de control de un aeropuerto y la no menos bella por su sencillez y simetría Torre de Pemex, de 214m.de alto, por ejemplo. Dos edificios, cuya estructura, gracias a la decisión e influencia de dos grandes arquitectos mexicanos, Pedro Ramírez Vázquez y Pedro Moctezuma Díaz Infante, fueron diseñados totalmente en México por ingenieros mexicanos. torre de PEMEX

Esto ya no suele ser así, los inversionistas de los grandes edificios altos que se construyen en México buscan ahora que el proyecto sea realizado por alguna prestigiada empresa de ingeniería del mundo con una contraparte mexicana, es el caso de la Torre Mayor que alcanza los 227m.de alto, y la nueva Torre de BBVA Bancomer, ahora en construcción, que tendrá una altura de 235m. En los últimos lustros, se han unido con fuerza a este desarrollo inmobiliario de edificios altos Guadalajara y Monterrey, ciudad, esta última donde, quizá, debería haber más edificios altos de acero, como un homenaje a la inolvidable “Compañía Fundidora de Fierro y Acero de Monterrey”

Plaza Villa de Madrid No. 2 Col. Roma México, D.F. 06700 Tel/Fax 5229-1360 5207-7077 cdb@cdebuen.com.mx torre AXA (antes Mexicana)

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Entrevista

Ing. Oscar de Buen López de Heredia Ingeniero, en los tiempos actuales escuchamos hablar, cada vez con más frecuencia, del desarrollo de acero de más altas especificaciones y nuevas características ¿Hasta dónde nos llevará el empleo de estos nuevos materiales en el diseño y construcción de estructuras? Desde que yo empecé a trabajar, y desde tiempo antes, los materiales básicos de construcción, no sólo en México, sino en general, en todo el mundo, han variado muy poco; son, fundamentalmente, el acero y el concreto reforzado. Eso sí, ha crecido la resistencia y mejorado muchas de las propiedades de ambos. Los aceros son cada vez más resistentes. Cuando comencé a trabajar en el diseño de estructuras, el acero que se utilizaba era el A7, que tenía un límite de fluencia, en libras, de 33,000 libras por pulgada cuadrada; ahora, los aceros que se usan son de 50,000 libras por pulgada cuadrada, son más resistentes, los de aquí y casi en todo el mundo; el incremento ha sido de vez y media en México en 60 años, lo que tampoco es demasiado. La resistencia del concreto ha subido más; en México; todavía andamos por los 450, 500 kilos por centímetro cuadrado como máximo, valores muy altos comparados con los 140 de hace 40 o 50 años. Las normas para diseño se han modificado considerablemente, al aumentar el conocimiento sobre materiales y sistemas estructurales. Por ejemplo las primeras normas de los Estados Unidos para diseño de estructuras de acero de 1927, tienen 17 páginas, y ahora andan entre las 300 o 400.

En una entrevista anterior, usted señaló que debido al uso masivo de programas de diseño de estructuras, estas ya no se estudian, ni se comprenden, como antes. Dado que el diseño es creatividad ¿cómo recomendaría usted acercarse a las estructuras para realmente comprenderlas y diseñar de la mejor manera? A nosotros nos enseñaron a hacer las cosas casi a mano; usábamos la regla de cálculo y a veces una calculadora de aquellas que sumaban, restaban, multiplicaban, sacaban raíces cuadradas, y se acabó; hacían muchas menos operaciones que una de bolsillo de ahora, pero entendíamos las cosas porque las hacíamos paso a paso, y cuando nos equivocábamos nos dábamos cuenta si había errores; entonces había que repetir el proceso, lo que nos enseñaba el comportamiento básico de las estructuras. Ahora, la computadora es una caja negra, que es una maravilla, pero que si se le mete basura saca basura, porque no hace más que números y más números. Ahora, en general, los muchachos son habilísimos para las computadoras, pero, desgraciadamente, muchas veces no tienen idea de lo que están haciendo. Yo empecé a trabajar y a dar clases sin computadora; y aunque cuando dejé de dar clases ya se usaban bastante, no sé exactamente cómo las empleen en la educación; creo que no se ha encontrado todavía, no sólo en México,

sino en todo el mundo, una manera eficiente de utilizar las computadoras en la enseñanza, porque no se trata sólo de que se sepa manejar uno o más programas, sino que se entienda por qué, por dónde, y puedan revisar los resultados obtenidos Los ipad, iphone y los PSD también son una maravilla, pero también son una maravilla peligrosa; la gente ya no habla, se manda mensajes a cada rato, pero con ortografía infame porque no les importa, lo que quieren es que medio los entiendan y hacerlo lo más rápido posible; ya el platicar se está perdiendo porque no se practica; bueno, sí se platica, pero cada vez menos, se lee menos, se ven más tonterías en la televisión. Antes la mamá tenía que salir a la puerta a decirles a los niños, a comer, vengan a comer, y costaba trabajo que dejarán de jugar al futbol, o a lo que estuvieran haciendo; ahora. entre la televisión, las computadoras y demás, es al revés, les tienen que decir: oigan salgan a jugar un rato porque ahí están todo el día sin tener actividad física; en parte de ahí viene la obesidad, enfermedad grave hoy en día. Todas las cosas tienen sus virtudes, pero desafortunadamente muchas veces se encuentra la manera de utilizarlas sólo para hacer dinero, sin que importe cómo.

Ingeniero, Asistimos a una explosión de diseños, sobre todo en los países más avanzados, de edificaciones cada vez más sorprendentes, publicamos en la Revista Vector el Capital Gate, estructura de acero y citada como la más inclinada del mundo. En su opinión, y dada su experiencia haciendo posible la realización de muy diversas soluciones arquitectónicas ¿Cómo deben ser los edificios? Ya la he visto. Creo también que ahí hay un poco de pose y de querer ser diferente a los demás; no quiero hablar mal de los arquitectos, entre los que tengo muy buenos amigos, con los que es un placer colaborar, pero hay cosas que funcionalmente no son demasiado lógicas.

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¿Y las ciudades? ¿Cuál es su visión de cómo deben ser las ciudades en el futuro? Se habla de una ciudad contenida en una pirámide de la bahía de Tokio y una ciudad autosustentable conformada por tres torres interconectadas entre sí ¿Usted qué piensa? Las ciudades han crecido de manera bastante anárquica. Aquí en México, por ejemplo, la parte original de la ciudad española era cuadriculada, una cuadrícula casi perfecta, como Puebla y otras ciudades de esa época, pero en las zonas aledañas, muchas veces poblaciones cercanas, se perdió el orden. Además, las calles estaban hechas para caballos y carruajes, no para la cantidad de automóviles que hay ahora. Son ciudades que provienen de una época en donde las necesidades eran otras. Esas calles del centro aquí en México son bastante anchas, pero en San Luis Potosí, o Morelia, o Querétaro, las calles del centro son angostas, y en la actualidad ya no funcionan. Pero tampoco se puede pretender demoler las ciudades porque los coches no caben, pues son ciudades creadas para otras necesidades. Lo anterior requiere cambios profundos en las ciudades, a largo plazo, pero, desgraciadamente no hay plan que dure más que el periodo de un presidente de la República. Los planes a largo plazo en general no funcionan. Seguramente veremos (ya lo estamos viendo) un gran auge en la construcción de edificios altos, que ayudan a resolver problemas, pero crean otros.

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Entrevista

Colinas de Buen es ahora una empresa de gran prestigio y muy reconocida en el ámbito de las estructuras ¿Qué nos puede usted decir acerca del desarrollo de su empresa? ¿A que debe su éxito? Mi primer trabajo formal (ya había trabajado mientras era estudiante), fue en una empresa donde proyectábamos y construíamos estructuras de acero, se llamaba Macomber de México; tenía algunas relaciones con empresas estadounidenses, pero muy pocas. Y ahí, entre otras estructuras, proyectamos y construimos la del Auditorio Nacional en Chapultepec, originalmente Auditorio Municipal. Al principio era municipal porque lo construyó el entonces Departamento del Distrito Federal, y luego pasó, a los pocos años, a la Secretaría de Educación, y se volvió Nacional. Ahí, entre otros, coincidió conmigo el ingeniero Félix Colinas, que era como dos años menor que yo; lo conocía, muy poco, de la entonces Escuela de Ingeniería, en el Palacio de Minería. Trabajamos en Macomber unos tres años; después, la compañía tuvo problemas de tipo económico, principalmente en otra de las obras importantes que hicimos, un edificio de cerca de 20 pisos, en la glorieta de Colón (lo acaban de tirar los señores del Banco Santander, que han arrasado una manzana casi entera para hacer su sede). Ese edificio, que pasó los dos temblores más fuertes que ha habido en la ciudad de México en los últimos tiempos, el de 57 y el de 85, sin ningún problema, lo tiró el dinero. El contrato que había celebrado la empresa (nosotros no teníamos nada que ver en el aspecto económico), era muy riguroso, y tenía multas muy altas si no se acababa a tiempo; a raíz de eso, la empresa quebró. Al quedarnos sin chamba, Félix y yo decidimos dedicarnos a trabajar por nuestra cuenta; el resultado fue que casi nos morimos de hambre. Teníamos muy poco trabajo, algunas casitas, bodegas; casi nada. Yo me había casado, tenía ya dos hijos, y Félix se acababa de casar. En esas circunstancias, buscamos otro trabajo, y tanto él como yo trabajamos, primero, en el Departamento del Distrito Federal, en obras hidráulicas, pero siempre en estructuras, y luego en la Secretaría de Marina. Trabajábamos hasta las tres de la tarde o algo así, después, por la tarde, seguíamos por nuestra cuenta, y poco a poco fue aumentando el trabajo. En eso vino el temblor de 57, y a nosotros nos fue bien, no pasó nada en las obras que habíamos proyectado, y el trabajo aumentó mucho, porque además hubo que revisar, por cuenta del Departamento del Distrito Federal, bastantes estructuras dañadas; a principios de 1958, dejamos el gobierno y seguimos por nuestra cuenta.

Al principio trabajabamos Félix y yo, con un par de ayudantes y otro de dibujantes. Luego empezamos a tener muchachos que nos ayudaban en el proyecto estructural, sobre todo al principio, que no íbamos en las mañanas, y algunos de ellos, como el ingeniero José Luis Sánchez Martínez, ha seguido con nosotros hasta ahora. En 1960 formamos la empresa Colinas-de Buen SA de CV, con otros varios socios, empresa que cumplió 50 años en 2010. Nunca invertimos en publicidad pero, si se trabaja bien, se corre la voz y aumenta la chamba. Entonces empezamos a tener obras importantes, como el Museo de Antropología e Historia, la Basílica de Guadalupe, la Cámara de Diputados, el Estadio Azteca, la Nueva Sede del Senado de la República, la Torre de PEMEX, el Museo Soumaya, entre otras.

¿Entonces en realidad no hay, digamos, grandes secretos atrás del éxito, excepto, el trabajo bien hecho? Ese no es secreto; no tuvimos padrinos, no hubo detrás de nosotros ningún político, nada, nada de nada; es decir, fue el trabajo y el trabajo bien hecho, como usted dice. Claro que no sólo es atribuible a Félix y a mí (Félix se ha retirado hace bastantes años), sino también a los ingenieros que han colaborado con nosotros desde siempre, y nos han permitido aumentar nuestras actividades, que al principio se referian sólo el diseño estructural, a otros campos, como la geotécnia, urbanismo y diseño de carreteras. No hay ningún otro secreto.

Ingeniero de Buen, a su vez, usted es reconocido como una autoridad dentro de la ingeniería y su trayectoria profesional es brillante e impecable. Yo quisiera preguntarle ¿Cuál es la que considera la mejor experiencia que ha tenido en su vida y cuál es la mejor recomendación que usted considera podría hacer a los jóvenes de nuestro país? Hablar de la mejor experiencia es difícil, pues todas las relativas al diseño de estructuras, grandes o complicadas, son importantes. ¿Qué les recomendaría a los jóvenes? Que no se dediquen al diseño estructural, a menos que realmente les guste. Es una actividad apasionante, pero no es la mejor desde los puntos de vista económico y de las responsabilidades que se adquieren. Sin embargo, permite vivir razonablemente bien, realizando un trabajo muy interesante e indispensable para el desarrollo del país por lo que, si realmente les interesa, ¡adelante!

Conexiones en estructuras de acero En este artículo se presenta el conocimiento actual que se tiene del diseño de conexiones típicas en estructuras de acero convencionales. Cuando se diseña una edificación para resistir las fuerzas, uno de los factores más importantes que tiene que tomarse en cuenta, ya que afecta el costo y la seguridad, es el diseño de sus conexiones Se definen los tipos de conexiones para los nudos de armaduras y de marcos de acero. Se clasifican las conexiones para determinar sus características y las condiciones de su diseño, según las Especificaciones AISC 2005 para sismos. Se determinan las formas y los materiales que deben emplearse para generar disipación de energía contra las acciones dinámicas de los sismos. El tratamiento por el diseñador de las conexiones conduce a una sistematización del cálculo de las conexiones lo que permite hacer uso de hojas de cálculo para el diseño automatizado de las mismas o hacer uso de programas especializados en esta materia.

CONEXIONES Para el diseñador de estructuras de acero es tan importante optimizar los perfiles a emplear como unirlos adecuadamente para que el conjunto trabaje armoniosamente. No hay estructura segura si las uniones no funcionan apropiadamente, en especial en zonas donde las cargas laterales son significativas; una demostración de ello es que en el terremoto de Northridge, 1994, en donde no se produjeron colapsos de edificios de acero pero sí se notaron fallas significativas en las conexiones que pondrían en riesgo a las construcciones si hubiera otro sismo similar. Es por ello que el Instituto Americano de Construcción en Acero, AISC, emprendió un trabajo de investigación en la década pasada que se refleja en sus normas actuales. Esto significa que el diseñador en zonas símicas debe tener en mente conceptos de ductilidad que se consigue con detalles adecuados. En nuestros días cuando un ingeniero entra a un proceso de diseño estructural cuenta con muchos programas de estructuras que permiten que el diseñador consiga soluciones ajustadas a la economía y factibilidad. El modelo matemático se establece en base, entre otros parámetros, a un determinado comportamiento de los nudos de la estructura para que en un caso real este comportamiento aproximadamente

Suplemento Especial

Luis F. Zapata Baglietto

Suplemento Especial

coincida con el pensado. En las construcciones de acero se tienen muchos tipos de conexiones en consideración a la geometría y cargas. Cada conexión tiene que cumplir una serie de requisitos para asegurar su ductilidad, rotación y capacidad de tomar momentos, cortantes y cargas axiales. Los clientes desean, y lo hacen saber frecuentemente, de que los ingenieros diseñadores sean los que adecúen las conexiones a estos requisitos Para el diseñador esto

puede convertirse en un tema tedioso en la tarea diaria porque involucra una serie de diseños. Por otro lado, para facilidad de construcción, en lo posible, las conexiones deben ser igualadas para evitar un trabajo excesivo en el sitio de la obra con conexiones distintas unas de otras. En este artículo trataremos conexiones en dos tipos de estructuras, aquellas que se emplean en Armaduras y las que emplean Marcos en Edificios.

CONEXIONES EN ARMADURAS Para un mejor seguimiento veamos una armadura convencional y su forma para explicar un procedimiento para el diseño de las conexiones.

Fig. 1 Armadura continúa

Se trata de tres armaduras A-l, A-2 y A-3 que se unen para formar una armadura continua sobre 4 apoyos, tres de ellos son deslizantes y uno fijo. La sección típica es la mostrada a la derecha. Se emplea Acero A-36, Electrodos E-70, Normas de diseño: AISC-LRFD. Veamos la Conexión 6

Fig. 2 Conexión de nudo típico con las cargas a trasmitir

El análisis de esfuerzos en las barras indica los valores en toneladas. Los ejes de los elementos concurren a un único punto denominado punto de trabajo evitando excentricidades. Se amplían los lados de los Ls de las bridas mediante placas 6 mm, del mismo espesor que dichos Ls, y con soldadura a tope a lo largo. La

Fig. 2 A:

diagonal transfiere un esfuerzo de tracción de 8.7 ton mediante una soldadura de filete de 3 mm de tamaño a ambos lados con electrodos E70XX cuya resistencia es de 0.48ton/cm. Si aceptamos un largo de los cordones de 8 cm dicha soldadura resistirá: 0.48x2x8x2 = 15.6 ton. OK

Fig. 2. B

En la Fig. 2 A: Por otro lado, el bloque de cortante que podría producirse en las cartelas PL6 se muestra en la figura y al calcular la resistencia tendremos: φRn = 2x0.75(0.6x4.08x2x8x0.6+4.08x5x0.6) <=2x0.75 (0.6x2.53x0.6x2x8 + 4.08x5x0.6) φR11= 53.61 < 40.2 ton, se usa Rn =40.2 ton superior a lo requerido. OK En la Fig. 2. B A continuación se comprueba si la unión de la cartela los Ls de la brida inferior es adecuada para cortante: φRn = 0.75x0.6x4.08x21x0,6x2 = 46.3 ton. OK

Fig. 2C

Otras conexiones muy interesantes son aquellas que determinan la continuidad entre las armaduras como son las conexiones 4,5,7 y 8. Estudiaremos una de ellas, la conexión 4 y en donde sólo nos ocuparemos de las placas de continuidad entre las bridas superiores de las armaduras, placas A y B; en ese nudo dejaremos de lado las uniones de las diagonales a las bridas, cosa que se ha tratado anteriormente. La fuerza a trasmitir es: 13500 kgf La resistencia de la soldadura de 4 mm es: 6x15cmx630 kgf/cm = 56700 kgf. La resistencia a la tracción de las placas A y B será: (12.5 + 2x 7.5)0.6x0.9x2530 = 37500 kgf superior a la demanda.

En la Fig. 2C: Se comprueba la flexión en el borde de la PL: 5200x5/(2x1/6x0.6x212)= 295kgf/cm2. OK

Fig. 3: Conexión de continuidad

Suplemento Especial

CONEXIONES EN EDIFICIOS

Suplemento Especial

Un edificio de acero convencional consta de elementos como columnas, trabes (vigas principales, o de marcos), vigas de piso y contraventeos; también se integran elementos como las losas de pisos, las cimentaciones y sistemas de protección contra los incendios (no tratado en este artículo). En la Fig. 4 se presenta la estructura de un edificio de cuatro pisos con el objeto de definir los tipos de conexiones más comunes y que deberán siempre estar a cargo del ingeniero diseñador y que están de acuerdo al tipo de estructura que integran. En las direcciones principales vemos marcos ortogonales conformados por trabes y columnas. En una dirección existe un sistema de contraventeo vertical (contraventeos denominados tipo Chevron) conformando los llamados marcos apuntalados, (marcos 1 y 4), los cuales por su rigidez toman la mayor parte del cortante que se genera ya sea

por viento o sismo en su dirección; en esa misma dirección hay marcos sin apuntalar (marcos 2 y 3), paralelos, que se denominan marcos soportados, porque ceden su participación para las acciones horizontales a los marcos apuntalados En la otra dirección, los marcos A, B, C y D, por la falta de de contraventeos verticales, deben tomar las acciones horizontales confiando en la rigidez de sus conexiones para absorber los momentos que se generan alrededor de sus nudos. Es por ello que estos marcos se denominan marcos de momento. Para los pisos, se usan placas con losa acero formando un diafragma rígido, concepto aceptado para edificios de no más 10 pisos, otros refuerzos se requerirán para edificios de mayores alturas y cargas al desconfiar en la capacidad de estos pisos para trasmitir las cargas a las crujías apuntaladas.

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Para el análisis y diseño estructural contamos con varios programas de computadora, incluyendo el programa desarrollado por el departamento de estructuras y sismología de la Universidad de California en Berkeley, SAP 2000 y ETABS 2013, cuya capacidad y precisión está reconocida a nivel mundial. El manejo de planos digitalizados es una constante en nuestra empresa, lo cual permite un óptimo manejo de la información. Además se cuenta con el programa ProSteel 3d para el detallado de las estructuras y generación automática de planos de taller.

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Fig. 5. Comportamiento de las conexiones M vs Θ

Las conexiones entre vigas y columnas se definen como Completamente restringidas (FR, Fully Restrained), Conexiones parcialmente restringidas (PR, Partially Restrained) y Conexiones simples o “articuladas”. Para determinar el comportamiento de las conexiones, en la Fig.5, especímenes como el mostrado se someten a la acción de las cargas P y se miden los ángulos de rotación Θ. Los resultados se grafican en las curvas M vs Θ y se observan tres tipos de comportamiento: FR, conexión rígida; PR, parcialmente restringida y PR “articulada” Se traza una recta que une el valor de momento de empotramiento de una viga Mfa =(wl2/12), y la rotación del extremo de una viga simplemente apoyada Θ = (wL3/24EI) y las inter-

secciones de esta recta con las curvas sirven para definir los momentos que se pueden aplicar en las conexiones en condiciones de servicio; otra recta trazada a una distancia de 1.7 veces la carga de servicio indica la máxima resistencia que se puede esperar en la práctica cuando se usa el método de diseño LRFD. Las conexiones rígidas tienen una capacidad de momento que se acerca a la máxima que se puede aplicar al caso de una viga, en cambio la rotación es casi libre para las conexiones “articuladas” con poca capacidad de momento. En la Fig. 6 se presentan tres conexiones típicas que se usan frecuentemente en la práctica aplicables a nudos formados con trabes y columnas en edificios de acero.

Fig. 6-Conexión Simple “articuladas-Conexión Semi-rigida PR -Conexión Rígida FR

El concepto con que se diseñan los conectores, pernos o soldaduras así como los elementos de conexión se basa en aceptar que la transmisión del cortante V se realiza en el alma de la viga y que las fuerzas provenientes de la flexión: F = M/d se transmiten a través de las alas de las trabes. Como la conexión “articulada” está destinada a trasmitir el cortante, los elementos de conexión y los conectores se escogen para soportar el cortante, se espera que la ductilidad de la misma permita una rotación adecuada para que se pueda considerar como una especie de rótula. En el caso de las conexiones rígidas, adicionalmente a la transmisión del cortante indicada anteriormente, se deberá considerar que las fuerzas generadas por el momento flector sean adecuadamente llevadas de la alas de las vigas a las alas de las columnas, ello se consigue uniendo las alas de vigas y columnas; por otro lado, para evitar que se dañe el alma de la columna por estas fuerzas se colocan frecuentemente placas opuestas a las alas de las vigas, denominadas “atiesadores” opuestos a las alas”; finalmente, el alma de la columna deberá ser capaz también de soportar los esfuerzos cortantes radiales que se generan por el momento y, en muchos casos, se deberá reforzar mediante “placas de doblez” o “atiesadores diagonales”. Las conexiones semi-rígidas son intermedias entre ambos de tipos ya tratados y que por los elementos de conexión usados no se puede asegurar una rotación simultánea al requerimiento de la flexión entre viga y columna. Para su diseño se requiere un conocimiento espe-

cial de la cantidad de flexión a transmitir y las curvas M vs Θ del caso. Todas estas conexiones han sido ya sometidas a sismos reales siendo su comportamiento bueno, excepto en el caso de las conexiones rígidas viga- columna que tuvieron muchos problemas en el terremoto de Northridge, California, USA, 1994. Este tipo de falla ya había sido debidamente detectada en ensayos de Laboratorios (Ref. 2).A continuación, se presenta un breve resumen de los daños encontrados y adicionalmente el resultado de un programa de ensayos llevado a cabo en la Universidad de Texas, Austin, en 1994 y 1995, para evitar futuras fallas en este tipo en estructuras sometidas a sismos. Ciertamente en el caso de marcos de momentos la conexión restringida o Rígida FR es la adecuada para asegurar un comportamiento del pórtico capaz de asimilar los momentos que imponen, en especial, las acciones horizontales. Las conexiones PR “articuladas” se emplean generalmente en los marcos soportados y en los marcos apuntalados aunque en este caso se debe contemplar también los contraventeos inclinados como se muestra en la Fig. 7 Las conexiones en marcos apuntalados generalmente se hacen del tipo “articulada” pero para tomar las acciones axiales de los contraventeos diagonales es necesario colocar placas denominadas cartelas de nudo

Fig. 7 Conexión Viga-columna con contraventeo diagonal

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Diseño de conexiones en edificios de acero:

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Encuentros: Volviendo a la Fig. 4 donde se presentó la estructura de un edificio de acero, el encuentro de todos sus elementos origina conexiones que el diseñador debe tomar en consideración.

Fig. 8 Encuentros que originan conexiones en edificios de acero

Como conectores se usan pernos o soldaduras. En edificios se prefieren que las conexiones con pernos sean del tipo de uniones sin deslizamientos. Una descripción breve de las conexiones se detalla a continuación. Columna-trabe-contraventeo: Son uniones típicas en marcos apuntalados, se deberá considerar elementos y conectores preparados para cortante y acciones axiales, si los ejes concurren a un solo punto se denominan conexiones concéntricas, en otro caso se denominan excéntricas y se deberá considerar también el momento que se produce por la excentricidad. Trabe-columna: pueden ser preparadas para trasmitir sólo cortante en uniones simples o para cortante y flexión como unión rígida o semi-rígida. Contraventeo-trabe-contraventeo: Los contraventeos transmiten acciones axiales y los elementos de la conexión serán preparados para tracción o compresión. Según AISC se deberá asimismo suponer que uno de los contraventeos ha fallado y el otro deberá tomar todo el efecto del sismo, en

ese caso la viga deberá soportar los efectos de la falta de un contraventeo. Viga-trabe: Llamada también “conexión de piso” y se preparan para soportar solamente cortante, con el ala superior “copada”. Columna-plancha de apoyo: Destinada a trasmitir las acciones de la estructura a la cimentación, debe estar preparada también para efectos de sismo en especial en las crujías apuntaladas, se prefieren “llaves de cortante” para las acciones horizontales de viento o sismo; puede haber efectos de levantamiento que serán tomados por pernos de anclaje. Metodología del diseño: Todas las conexiones que se emplean en la práctica han sido ensayadas para acciones estáticas y/o dinámicas y de acuerdo a sus resultados se ha establecido la forma de verificar sus diversos elementos para que cumplan su función. Se presenta, a manera de ejemplo, los pasos a seguir para la verificación de tres tipos de conexiones:

Viga-trabe: conexión por cortante

Fig. 9 Detalle de conexión Viga–trabe

Pasos: Definir los elementos: Perfiles, pernos, soldaduras y ángulos clip, y dimensiones del copado. Plantear una solución, número de pernos, tamaño de ángulo clip, tipo de soldadura, y verificar distancias libres entre pernos y bordes. Teniendo el cortante V aplicado (definir si es cortante de servicio, ASD o cortante último, LRFD), proceder entonces de acuerdo al método de diseño correspondiente. Verificar la capacidad de los pernos al cortante y aplastamiento; soldaduras, tamaños máximos y mínimos, seleccionar el tamaño y encontrar su capacidad. 1. Verificar la capacidad de la viga al cortante, resistencia del alma de la viga al pandeo por copado y verificar su resistencia a la flexión por haber sido copada. 2. Verificar la capacidad al cortante de los ángulos clip. 3. Dibujar el esquema respectivo.

Suplemento Especial

Trabe-columna: Diseño por Cortante y Flexión

Fig. 10 Detalle de Conexión de Momentos: Columna-Trabe

Pasos: 1. Definir los elementos: perfiles, pernos, soldaduras, placas de alas y ángulos clip. 2. Plantear una solución, número de pernos, tamaño de ángulos clip, tipo de soldadura, y placas de alas, verificar distancias libres entre pernos y bordes. 3. Teniendo los cortantes V y momentos M aplicados (definir si son de servicio, ASD, o acciones últimas, LRFD), proceder entonces de acuerdo al método de diseño correspondiente. En zonas sísmicas aplicar los factores de sobre-resistencia 4. Diseño por cortante: a. -Verificar la capacidad de los pernos al cortante y aplastamiento; soldaduras, tamaños máximos y mínimos, seleccionar el tamaño y encontrar su capacidad. b. -Chequear la capacidad de la viga al cortante. c. -Verificar la capacidad al cortante de los ángulos clip.

5.- Conexión de Momentos usando placas de alas: a. - Determinación de fuerzas en las alas por momentos, F = M/d b b. - Ala superior: en tracción, determinar tamaño de ala y soldaduras acanaladas y de filete c. - Ala inferior: en compresión, determinar tamaño, verificar pandeo, soldaduras acanaladas, de filete. 6.- Refuerzo de alma de la columna: a. -Determinación de refuerzo del alma dentro de los linderos de la conexión: placa de doblez. b. - Diseño de soldaduras de la placa de dobles al alma y alas de columnas. c. - Selección de placas para los atiesadores opuestos a las alas, en tracción y en compresión. d. - Diseño de soldaduras de filete para unir los atiesadores al alma y alas 7. Dibujar el esquema respectivo.

30 Suplemento Especial

Conexión Trabe-columna-contraventeo

-Resistencia al cortante de pernos -Aplastamiento axial de pernos en placa simple -Aplastamiento axial de pernos en cartela -Cortante en área neta en placa -Cortante en área neta en cartela -Bloque de cortante en cartela -7.00 ton (en el caso mostrado) -Aplastamiento de pernos sobre la diagonal -Bloque de cortante en cartela -Tensión de rotura -Pandeo de la sección de Whitmore -Aplastamiento de pernos en placa simpl -Aplastamiento de pernos por cortante en cartela -Cortante en área bruta en placa -Cortante en área bruta en cartela -Bloque de cortante en placa simple -Resistencia de la soldadura -Resistencia de la soldadura 5. Conexión Cartela - Viga

Fig. 11 Detalle de conexión de Contraventeo

Pasos: (Método de la Fuerza Uniforme). Pág. 13-3 del Manual AISC 2005 1. Definir los elementos: perfiles, pernos, soldaduras. 2. Plantear una solución, número de pernos, placas de conexión, tipo de soldadura, verificar distancias libres entre pernos y bordes. 3. Conexión: Diagonal - Cartela Cargas en la diagonal Pu: Fuerza en la diagonal Número de pernos: 2 -Aplastamiento de pernos sobre la cartela -Bloque de cortante en alma diagonal

Verificaciones de la diagonal

-Tensión de fluencia

Verificaciones de la cartela -Fluencia de la sección de Whitmore 4. Conexión Cartela - Columna Fuerzas: aplicación del Método de la Fuerza Uniforme, Manual Pág. 13.3 H= 1.59 ton V=1.65 ton Conexión con placa simple Tamaño de soldadura requerido: 3 mm Número de pernos: 2

Fuerzas: aplicación del Método de la Fuerza Uniforme, Manual Pág.13-3 H= 3.85 ton V= 3.28 ton Directamente soldada Tamaño de soldadura 6 mm

-Resistencia de la soldadura -Fluencia de cartela por cortante -Espesor mínimo de cartela -Bloque de cortante de viga -Fluencia de cartela por esfuerzo normal

6. Conexión Viga - Columna

Fuerzas: aplicación del Método de la Fuerza Uniforme, Manual Pág.13-3 H= 3.85ton V= 22Mton Conexión con placa simple

Pernos: 5 Tamaño de soldadura requerida 8 mm

-Resistencia a cortante de pernos -Aplastamiento de pernos en placa simple -Aplastamiento axial de pernos en placa simple -Aplastamiento de pernos por cortante en viga -Aplastamiento axial de pernos en viga - Cortante en área bruta en placa -Cortante en área neta en placa. - Cortante en área bruta en viga -Cortante en área neta en viga - Bloque de cortante en placa simple -Bloque de cortante en viga -Resistencia de la soldadura

Automatización de los cálculos en el diseño de las conexiones para edificios: Se ha visto que en los pasos que se siguen para el diseño de todos los elementos de una conexión, como se muestra en los ejemplos presentados, hay una serie de cálculos que pueden ser automatizados mediante programas aliviando así la tarea de efectuarlos. (Ref.7) Para el diseño de edificios de acero se han establecido varias categorías de acuerdo a los cuidados que se tomen para el diseño de sus elementos:

Para construcciones apuntaladas verticalmente: • Marcos ordinarios apuntalados con conexiones concéntricas (OCBF): construcciones en zonas no sísmicas, R = 3.25 • Marcos especiales apuntalados con conexiones concéntricas (SCBF): construcciones en zonas sísmicas, R = 6 También figura el caso de marcos con contraventeos excéntricos, idea del Prof. Popov, para zonas símicas, R = 7 u 8 El tratamiento de que se da a estas categorías en el diseño está reflejado en el valor que se considera al tratar las fuerzas sísmicas y sus factores de reducción R, siendo mayores para los marcos especiales pero al mismo tiempo se incluyen cuidados en la selección de elementos (relación ancho-espesor más bajas por ejemplo) y consideraciones especiales en sus conexiones y/o elementos específicos en cada sistema estructural mediante un factor denominado de sobre-resistencia CIq aplicable a las fuerzas sísmicas; a continuación se ilustra la aplicación del factor Q0 en el diseño de una columna perteneciente a un marco especial de contraventeo concéntrico (SCBF).

Especificaciones AISC para Edificios de acero en zonas sísmicas De acuerdo a las Provisiones Sísmicas de AISC 2005 Para construcciones con marcos de momentos: • Marcos ordinarios de momentos (OMF, siglas en inglés): construcción en zonas no sísmicas, R = 3.5 • Marcos especiales de momentos (SMF): construcción en zonas sísmicas donde se procura obtener la mejor ductilidad posible mediante cuidados en las conexiones, R = 8 • Marcos intermedios de momentos (IMF): construcción en zonas sísmicas donde se procura solamente cumplir con algunos requisitos del buen diseño de elementos, R = 45

A continuación se presenta un extracto de la Tabla 12.2-1 (ASCE 07-2005), donde se presenta los factores R y fío para diferentes sistemas estructurales de edificios de acero.

TABLE 12.2-1 DESIGN COEFFICIENTS AND FACTORS FOR SEISMIC FORCE-RESISTING SYSTEMS (ASCE 07-2005) SEISMIC FORCE-RESISTING SYSTEM

Response Modification Coefficient, R

System Overstrength Factor, Qo

B. BUILDING FRAME SYSTEMS

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1. Steel eccentrically braced frames, moment resisting connections at columns away from links 2. Steel eccentrically braced frames, non-moment-resisting connections at columns away from links 3. Special steel concentrically braced frames 4. Ordinary steel concentrically braced frames

3 1 /4

8 7 4.5 3.5

3 3 3 3

C. MOMENT-RESISTING FRAME SYSTEMS 1. Special steel moment frames 2. Special steel truss moment frames 3. intermediate steel moment frames 4. Ordinary steel moment frames

Asimismo, según ASCE-07 2002, 2005, las combinaciones de cargas que incluyen sismo y las cargas sísmicas a considerar en un diseño estructural se dan en la Tabla C-1-4\l según el extracto siguiente:

Por efectos aditivos a la gravedad: Combinaciones de cargas: Combinación Básica: L40D+ 0.5L+pQe + 0.2S Combinación Especial (Cargas Sísmicas Amplificadas): 1.40D + 0.5L + ΩoQe+ 0.2S

D: carga muerta, L: carga viva, S: carga de nieve, si la hay, Qe: efecto de la fuerza horizontal del sismo, r Coeficiente de Confiabilidad, Ωo: Factor de sobre-resistencia. En general AISC Seismic Provisions 2002 y 2005 señala usar las combinaciones estipuladas en códigos como IBC 2006 ó ASCE 07. Se concluye entonces que ahora el diseño estructural de edificios de acero en zonas sísmicas es tratado en forma muy especial conforme se muestra en el resumen dado anteriormente.

Conclusiones: Se ha presentado en forma breve el conocimiento que se tiene de las conexiones que se emplean en estructuras de acero haciendo notar aspectos del diseño sísmico y procedimientos, basado en las Especificaciones AISC, FEMA y ASCE últimas, para que las conexiones presenten un buen comportamiento y sean confiables. Se han mostrado los diversos y más comunes tipos de conexiones en Armaduras y Marcos de edificios y se ha establecido una metodología para su diseño. También se plantea la automatización de los cálculos para aliviar el trabajo del diseñador.

Para efectos contrarios a la gravedad: Combinaciones de cargas: Combinación Básica: 7D±pQe Combinación Especial: 0.7D ± ΩoQe

Referencias: Luis F. Zapata Baglietto. Diseño Estructural en Acero, 1997. L. Zapata , An Investigation of Steel Welded Pipe Connections. Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment Frames Buildings, FEMA- 350 ASCE 2005. Minimum Loads for Buildings and other Structures. AISC 2005, Manual. Kevin S. Moore, James O. Malley, Michael D. Engelhardt, Design of Reduced Beam Sections (RBS) Moment Frame Connections L. Zapata y Karina Carvajal , Diseño de Conexiones de Edificios. Conic 2003. Agradecimientos: A Ing. Luis Romero y a Audrey Camacho por su colaboración en la presentación de este artículo. Luis F. Zapata Baglietto, MSc, Lima, Perú Profesor Emérito, Universidad Nacional de Ingeniería, LimaPerú. lzapata@terra.com.pe

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Uno de Nuestros Proyectos El proyecto túnel sumergido bajo el río Coatzacoalcos Grupo Básico Mexicano ha sido desde el inicio de esta importante obra en el 2004, la Gerencia de Proyecto para la Construcción del Túnel Sumergido bajo el Río Coatzacoalcos, encargada de coordinar y supervisar el correcto desarrollo del propio proyecto durante su etapa de construcción hasta la puesta en marcha. La obra está siendo ejecutado en la ciudad de Coatzacoalcos, Veracruz, ubicada en la desembocadura del propio río Coatzacoalcos con el Golfo de México. En esta región del Sur de Veracruz se localizan las Instalaciones de la industria petroquímica de Pemex más grande de América Latina. En la actualidad se utilizan dos medios para cruzar de la ciudad de Coatzacoalcos a la zona industrial. A través de panga para llegar a la congregación de Allende. Por el puente Coatzacoalcos construido en 1958. Con la construcción del túnel sumergido en el Río Coatzacoalcos se unirá la zona urbana de Coatzacoalcos con la congregación de Allende del mismo municipio, y es una alternativa urbana al actual cruce carretero que permitirá optimizar el servicio en materia de vialidades y transporte que fortalecerá y consolidará el desarrollo regional del sur de Veracruz pues traerá los siguientes beneficios. 1. Reducir los tiempos de traslado de la zona urbana a los centros de trabajo ubicados en los complejos petroquímicos Morelos, Pajaritos y La Cangrejera. 2. Eliminar los congestionamientos actuales en el Puente Coatzacoalcos. 3. Reducir la contaminación ambiental.

Especificaciones: •Longitud •Longitud •Longitud •Longitud

tramo sumergido: 805.00 metros. acceso Coatzacoalcos: 480.00 metros. acceso Allende: 243.00 metros. total: 1,528.00 metros.

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Walt Disney

Maravillas de la ingeniería

Concert Hall

Daniel Leyva

ay en la historia de la cultura y el arte figuras tan disímbolas que, por momentos, uno casi podría imaginarse que pertenecieron, más que a dos épocas o países distintos, a dos planetas por completo diferentes. Tal es el caso, en mi opinión, de William Shakespeare y Walt Disney, dos creadores con poquísimos puntos de contacto1 a quienes, sin embargo, dos disciplinas constructivas, la arquitectura y la ingeniería civil, se han aliado en fechas recientes para rendirles idéntico homenaje, en la forma de sendos recintos dedicados a las bellas artes y bautizados con sus nombres. Y aunque es bien sabido que innumerables edificios se han erigido a lo largo de la historia a la memoria de artistas notables, sería un grave error pensar que, por esa razón, los edificios en cuestión pudieran carecer de razgos originales. Muy por el contrario, tanto el renovado Teatro Real de Shakespeare como la Sala de Conciertos Walt Disney son claros productos de las técnicas y materiales más modernos de la industria de la construcción, así como de las tendencias arquitectónicas más recientes. 1 Como no sea la fama casi universal que alcanzaron sus nombres y, quizás, el hecho de que fueron en vida dos exitosos empresarios en el ámbito del entretenimiento popular.

De hombres y ratones Desde cierta perspectiva, el empresario norteamericano creador de ese epítome de la cultura pop que es Disneylandia se encuentra en las antípodas, por así decirlo, del sacrosanto lugar reservado para William Shakespeare y algunos otros “auténticos” artistas. Sin embargo, es preciso reconocer que tal evaluación es muy injusta, pues existen al menos dos famosos ejemplos de productos de gran valor estético que fueron resultado de la colaboración entre Disney y diversos artistas de “seriedad” indisputada. El primero es, por supuesto, la película Fantasía de 1940, para la cual Disney trabajó muy de cerca —y, al parecer, sin graves problemas de comunicación a nivel creativo— con el legendario director de la Orquesta Sinfónica de Filadelfia, Leopold Stokowski, así como con maestros de la animación de la talla del alemán Oskar Fishinger. El segundo ejemplo —un poco menos conocido— es el cortometraje Destino, proyecto conjunto de Disney y nada menos que Salvador Dali, iniciado en 1945 y dejado inconcluso hasta su estreno en 2013. Por su parte, Lillian Disney, quien estuvo casada durante cuatro décadas con el creador del Ratón Miguelito2, afirmaba que su esposo profesó siempre un vivo interés 2

Según se cuenta, fue ella quien bautizó al célebre roedor.

Edición No. 61 Enero Suplemento Especial

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38 Maravillas de la ingeniería

por la cultura, opinión que, en vista de los ejemplos antes mencionados, y otros semejantes, no parece haber sido una mera exageración sentimental de su parte. Y si la forma en que se gasta el dinero puede, en algunos casos, reflejar la autenticidad de nuestras convicciones, podríamos decir que en 1987 Lillian le brindó a las suyas, en relación con el gusto artístico de Disney, un visible respaldo con su donación de cincuenta millones de dólares para construir la Sala de Conciertos Walt Disney en la ciudad de Los Ángeles, como un homenaje a la devoción de su marido por las bellas artes.

Acero que se ve y se escucha Los miembros de la familia Disney contribuyeron con 84 millones de dólares al proyecto, mientras que The Walt Disney Company aportó 25 millones. El costo total del complejo fue de 274 millones, 110 de los cuales se dedicaron a la construcción del estacionamiento.

La Sala de Conciertos Walt Disney es el ejemplo perfecto del grado de libertad constructiva que puede llegar a permitir el uso del acero, en especial, en manos de un virtuoso de la arquitectura posmodernista como Frank Gehry. De hecho, en el caso específico de esta edificación, el acero literalmente hizo posible lo que parecía una total imposibilidad: concluir su construcción, asediada desde mediados de los noventas por toda clase de problemas económicos. En ese momento, la sustitución de la piedra —material originalmente seleccionado por Gehry— por el acero fue la decisión que salvó de la ruina al proyecto. El 31 de enero de 2004, unos cuantos meses después de su apertura, se inauguró en uno de los recintos de la Sala Walt Disney la exposición fotográfica titulada: “Sinfonía en acero”. Ni el nombre ni el tema de la exibición pudieron haber sido mejor elegidos, pues se trató de una crónica en imágenes del trabajo realizado por el equipo de experimentados obreros de la construcción encargado de ensamblar las más de doce mil piezas de acero, todas distintas entre sí, que componen el cuerpo ondulante del edificio imaginado por Gehry, cuyo —exitoso— desafío visual al estatismo inherente a cualquier construcción hace que casi no resulte metafórico comparar su fachada con una melodía.

En 1978, Charlez M. Shultz dibujó una famosa tira en la que Christo, el escultor abstracto de origen búlgaro —famoso por “envolver” toda clase de espacios públicos—, realiza una de sus instalaciones con la casita de Snoopy. Veintisiete años después, el no menos excéntrico arquitecto Frank Gehry fue reconocido por la cultura popular estadounidense de manera casi idéntica, al ser invitado a prestarle su voz a su propia caricatura en el capítulo 349 de Los Simpson. En “El soplón vive arriba”, Gehry diseña —a partir de una hoja de papel hecha bola que usa como modelo— un auditorio para la ciudad de Springfield, edificio que terminará siendo utilizado como prisión a sugerencia del señor Burns.

En contraste con la estética “industrial” que impera en la fachada, los espacios interiores de la sala tiene un carácter casi bucólico gracias en particular a sus superficies recubiertas con madera, sobre todo, abeto de Douglas —producido en California— y roble para los pisos. Se dice que Gehry incluyó este material en su diseño como un homenaje a Lillian, cuya afición por la jardinería y las casas de campo era bien conocida; en cualquier caso, es indudable su efectividad como contrapeso a la rigurosidad metálica del exterior. Una de las características más aplaudidas del complejo es la extraordinaria acústica de su sala principal, obra del ingeniero acústico Yasuhisa Toyota, experto reconocido a nivel mundial. En contra de las apariencias, la finura auditiva de la sala tiene poco que ver con sus recubrimientos de madera —que en dicho espacio cumple con una función casi exclusivamente decorativa—, y es más bien resultado de la ubicación y orientación de las paredes del recinto. Gehry baustizó con el nombre de “patrón Lillian” al estampado de las vestiduras de las butacas, las cuales fueron fabricadas con un material especial capaz de absorber las ondas sonoras de forma semejante a la del cuerpo humano, una propiedad que permite a la orquesta reproducir durante sus ensayos la respuesta de la sala llena. Sin duda, el elemento más llamativo del recinto principal es su órgano monumental, construido en Alemania bajo la direc-

ción del maestro neoyorquino Manuel Rosales. La inclusión de este instrumento en el plan —apodado el “órgano de papas a la francesa”, debido a los “estuches” rectangulares que recubren sus tubos frontales— fue causa de un breve choque entre el parecer de los patrocinadores del proyecto y el del arquitecto, quien durante un tiempo se negó en redondo a “convertir en una iglesia” su sala de conciertos.

Una rosa para Lilly Lillian, a pesar de su longevidad —le faltaban dos meses para cumplir 99 años cuando falleció en 1997—, no alcanzó a ver concluida la obra que le dio a los Estados Unidos su primera estrella de la arquitectura verdaderamente popular desde Frank Lloyd Wright, y que, más importante aun, cimentó la reputación de Los Ángeles como un centro cultural reconocido a nivel mundial, estátus que pudo muy bien haber perdido de haberse cancelado el proyecto. Concientes de la deuda, el ayuntamiento de la ciudad y los patrocinadores privados del proyecto le encargaron a Gehry un regalo para la primera y más fiel promotora del proyecto: una espectacular fuente escultórica hecha con fragmentos de jarrones de porcelana de Delft, material que el arquitecto y un pequeño grupo de colaboradores artísticos obtuvieron rompiendo doscientos jarrones y cerca de ocho mil mosaicos.

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Reconoce el Gobierno Federal impulso del sector siderúrgico • Ac tiva la SE Aviso Previo d e Imp or tación en 113 aceros • Inaugura S e cretario Tercer Congre so Sid er úrgico M exicano • Actúa la UPCI frente a la competencia desleal, subraya Ancira

l Gobierno Federal reconoce el esfuerzo del sector siderúrgico mexicano, que ha comprometido para los próximos tres años más de 11 mil millones de dólares de inversión para generar aceros que actualmente el país importa, como los automotrices, expresó el Secretario de Economía, Ildefonso Guajardo Villarreal, al inaugurar el Tercer Congreso de la Industria Siderúrgica Mexicana. Como respuesta a solicitudes del sector, anunció que la secretaría a su cargo activó el procedimiento de Aviso Previo de Importación para 113 tipos de productos siderúrgicos, a fin de detectar anticipadamente prácticas ilegales como elusión, dumping, subsidios, subfacturación y falseamiento de contenidos. Señaló que la administración del Presidente Peña Nieto está junto a la industria acerera para apoyar su desarrollo con acciones como activar los mecanismos de defensa frente al comercio desleal o el trabajo conjunto para resolver el abasto de gas en mediano plazo mediante gasoductos y a largo plazo con la reforma energética que asegurará una producción nacional. Expresó que la Secretaría de Economía asume la responsabilidad de garantizar la competitividad en el país y a través de la Unidad de Prácticas Comerciales Internacionales, UPCI, asume la defensa de la industria ante prácticas desleales, con la vista puesta en la competitividad de toda la cadena productiva y sin caer en proteccionismo.

A su vez, Alonso Ancira Elizondo, Presidente de la CANACERO, reconoció la actuación del Gobierno Federal y de la Secretaría a través de la UPCI para enfrentar el comercio desleal y señaló que en 9 meses se han iniciado 11 procedimientos de sanción, más que todos los efectuados en los pasados 12 años. Estos fenómenos, dijo, obedecen a que la recesión a nivel mundial ha generado una sobrecapacidad en la industria global del acero y México, con una economía estable, se ha situado como un destino atractivo para las exportaciones, buena parte de las cuales han ingresado en condiciones desleales. Al visualizar la situación nacional, calificó como valentía del Presidente Peña Nieto la formulación de reformas estructurales como la laboral, educativa, energética y hacendaria, que deben abrir paso a un mayor desarrollo del país en una óptica de justicia social. Consideró decisiva para el futuro de México la reforma energética y expresó, sin embargo, que hay aspectos en la propuesta fiscal que deben ser perfeccionados, como los bonos de carbono que afectarían severamente al sector industrial y en especial al siderúrgico con cierre de empresas, baja en la producción y pérdida de empleos. Puntualizó que el contenido del proyecto en ese aspecto significaría la pérdida de competitividad de la industria

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ante contrapartes que no aplican dicho impuesto, “incluso nuestros principales socios comerciales”, y otros que cuentan con tasas hasta 30 veces inferiores. Por ejemplo, dijo, mientras más del 70 por ciento de las emisiones contaminantes provienen de grandes asentamientos urbanos que crecieron desordenadamente y del transporte ineficiente, el sector siderúrgico solamente aporta 3 por ciento de ellas. Ancira Elizondo advirtió que las prácticas desleales de comercio de productores de Asia y Europa del Este ocasionaron la baja de los precios del acero, lo cual pone en riesgo importantes inversiones y el desarrollo de la industria siderúrgica mexicana.

De izquierda a derecha, José Antonio Larrea, Máximo Vedoya, Ildefonso Guajardo, Alonso Ancira, Víctor Cairo y Guillermo Vogel.

El presidente de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero subrayó que el compromiso de los industriales es sostener sus programas de inversión destinados fundamentalmente a la generación de aceros que el mercado demanda y que actualmente se importan. Informó que el sector siderúrgico contará con una norma oficial mexicana que obligará a los extranjeros a comercializar sus productos en territorio nacional bajo los mismos estándares de calidad y de medio ambiente que se exigen a las empresas mexicanas. Por otra parte, informó que a junio de este año las exportaciones siderúrgicas mexicanas sumaron 186 millones de dólares, pero lamentablemente se ven afectadas por medidas unilaterales y generales de protección, como las aplicadas por Colombia y Estados Unidos. En el primer día de actividades del congreso mencionado, que reunió a los industriales siderúrgicos y a funcionarios del Gobierno Federal, destacó la realización del panel la “Situación Actual y Retos de la Industria en México”, en el que participaron Francisco Funtanet, Rodrigo Alpízar y Juan Pablo Castañón, presidentes de Concamin, Canacintra y Coparmex, respectivamente.

El Lic. Alonso Ancira Elizondo, en la inauguración del 3er. Congreso de la Industria Siderúrgica Mexicana.

Asimismo, se efectuó la mesa “El Mercado Siderúrgico Mexicano”, en el que estuvieron presentes Luis Landois, Víctor Martínez Cairo, Raúl Gutiérrez, Guillermo Vogel y Máximo Vedoya, representantes de AHMSA, ArcelorMittal México, de DeAcero, Tenaris Tamsa y de Ternium, respectivamente. El director general de Nacional Financiera, Jacques Rogozinski, ofreció a los asistentes un panorama general sobre los retos y las oportunidades que enfrentan los industriales siderúrgicos para contribuir a elevar la competitividad del país.

Alonso Ancira e Ildefonso Guajardo

Infraestructura

acero excelente aliado sísmico El

, un

Alberto Maccioni Socio de Bascuñán, Maccioni e Ingenieros Asociados.

l mayor problema de la ingeniería sísmica actual es el hecho de que, hasta el día de hoy, todavía es imposible conocer con exactitud la respuesta de los edificios ante las aceleraciones provocadas por los movimientos telúricos, así como los esfuerzos máximos a los cuales quedan sometidos sus elementos en un sismo. Es incluso probable que se trate de incógnitas que nunca podrán despejarse por completo, ya que el efecto de un sismo en una estructura es tremendamente complejo y depende de innumerables factores, como son las características del propio sismo, los materiales de construcción utilizados, los parámetros dinámicos del edificio y los efectos locales del sitio. No obstante lo anterior, los ingenieros sísmicos, a pesar de todas las limitaciones de las que son plenamente conscientes, han logrado establecer algunos principios que ayudan a mi-

nimizar el daño provocado por los temblores, aun cuando no les sea posible reproducir el verdadero comportamiento de un edificio en una computadora. El primero de estos principios —aplicado por la ingeniería sísmica chilena desde hace muchos años— es el de aprender de la experiencia pasada, lo que significa, en primer lugar, tratar de no repetir los errores cometidos en el pasado en edificios que presentaron fallas inesperadas en terremotos reales. En segundo, continuar haciendo lo que demostró ser eficaz en estructuras que soportaron adecuadamente grandes sismos. Este principio tan sencillo, y tan sabio a la vez, establecido por maestros del arte del diseño sismo–resistente, ha sido probablemente el factor fundamental del éxito que ha tenido la ingeniería chilena, enfrentada a algunos de los sismos más severos conocidos por la humanidad. El segundo de estos principios básicos es el de dotar a la estructura de ductilidad. Es decir, hacer que esta pueda dañarse —sin derrumbarse— para liberar la energía impuesta por el sismo y que no ha podido absorber elásticamente. Por cierto, si se desconoce la respuesta real del edificio y se diseña con los niveles de esfuerzos que han sido adecuados en sismos pasados, se está indefenso ante otros mayores, o que presenten características distintas. Esta es la razón por la cual se permite que la estructura se dañe controladamente para liberar el exceso de energía. Tal capacidad, llamada ductilidad por los ingenieros sísmicos, es fundamental hoy en día.

Infraestructura

46 Aprender del pasado es relativamente fácil. Sin embargo, dotar de ductilidad a los edificios no lo es tanto. Para esto, el acero —dúctil por definición— resulta un material de construcción ideal, que permite conseguir estructuras dúctiles con relativa facilidad, siempre que se vigilen los espesores de secciones y se tenga cuidado de que las uniones también se comporten con ductilidad, pues una estructura dúctil está formada por un material dúctil y por uniones igualmente dúctiles. El caso opuesto al acero es el concreto, que no dispone de ductilidad propia y al que es necesario dotar de esta mediante la armadura de acero, algo nada sencillo en vista de la cantidad de factores que intervienen y que incluyen los conocidos problemas de ejecución en obra y disposición de las armaduras en terreno, lo que exige un control muy severo. Si dotar al concreto de ductilidad es difícil, más difícil aún es dotar de ella a las uniones en concreto, así como a los muros, que son en Chile el principal elemento sismo–resistente de los edificios. Casi sobra decir que, no obstante el buen comportamiento de los edificios de concreto en el reciente sismo de 2010, las fallas por todos conocidas co-

rrespondieron a fallas frágiles —el término opuesto de ductilidad—, causadas por un sismo que se salió de escala con respecto a lo medido en sismos anteriores, y que llevó a las estructuras mucho más allá del diseño normativo aplicado. Los edificios de acero, por el contrario, no presentaron ningún tipo de fallas o estas fueron mínimas, hecho que ha quedado demostrado al no haber, hasta el momento, ninguna propuesta de modificación de los códigos de diseño sísmico de acero en Chile, mientras que las disposiciones para el diseño de los edificios de concreto —a los que se busca dotar de una ductilidad adecuada— ya han tenido dos modificaciones normativas importantes en los últimos dos años, que han significado un aumento cercano al 15 % en los costos directos de construcción de edificios de concreto. Chile, como otros países de América Latina, dispone de acero para la construcción fabricado con tecnología de punta, de ingeniería sísmica de alta calidad y de talleres y empresas dedicadas a la construcción y a la reparación de estructuras de acero. Entonces, la pregunta lógica es ¿qué esperamos para comenzar a construir en acero en el área residencial y de oficinas, si hoy en día los costos de estos edificios son más bajos?

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MANUAL DE CONSTRUCCION EN ACERO Diseño por Esfuerzos Permisibles, 4ª edición.

sta primera edición del manual AISC denominado LRFD (load and resistance factor design) basado en diseño por factores de carga y resistencia, aparte de su nuevo concepto de diseño apoyado en las prácticas más modernas, presenta una nueva organización de su contenido que incluye las Tablas de Dimensiones y Propie¬dades de Perfiles, las Especificaciones para Diseño, Fabricación y Montaje de Estructuras de Acero para Edificios, el Diseño Elástico y el Diseño Plástico, el Código de Prácticas Generales, los Apéndices y comentarios a estos temas, información sobre soldadura y tornillería y las nuevas especificaciones para uniones estructurales con tornillos ASTM A325 y A490 con sus respectivos comentarios.

La elaboración del libro se ha basado en la información más reciente disponible sobre la materia y en las prácticas y tecnologías prevale¬cientes en nuestro país. Como labor igualmente importante, se ha puesto especial empeño en el buen uso del idioma, lo que en ocasiones nos ha hecho emplear térmi¬nos que no son tan familiares, pero que resultan más apropiados que los común¬mente utilizados. Este libro no hubiera sido posible sin los conocimientos y la experiencia de los ingenieros y técnicos de nuestros asociados, que gentilmente colaboraron en la ela¬boración del manual. Los recursos económicos para su publicación provinieron de las generosas aportaciones de las industrias siderúrgicas y de

los productores de tu¬bos más importantes del país, a quienes extendemos nuestro más sincero agradeci¬miento. Queremos, además, reconocer a la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero su ayuda al permitirnos el uso de sus excelentes instalaciones para el desarrollo de este trabajo. Este Manual de Construcción en Acero pretende ser una obra completa de con¬sulta y ayuda para el diseño de estructuras de acero, indispensable para los profe¬sionales y estudiantes dedicados a esta especialidad. Ing. Fernando Frías Beltrán G. Presidente Instituto Mexicano de la Construcción en Acero, A.C.