CONSTRUCCION_METALICA_COLOMBIA2

Historia

La industria del acero en ColombiaHistoria 10

Selecciones del libro Historia y proceso siderrgico editado por la Cmara Andi-Fedemetal y reproducidas con su autorizacin.

L Comit Siderrgico Colombiano, que rene las siderrgicas colombianas y empresas e instituciones representativas de la cadena de valor de la actividad siderrgica en el pas, public a finales de 2006 el libro La industria del acero en Colombia 2005: Historia-Proceso-Mercado-Industria-Comercio, una importante publicacin de 230 pginas que cubre en siete captulos aspectos del proceso siderrgico, el mercado del acero en el mundo, la industria siderrgica nacional, comercio exterior, normatividad y medio ambiente, contribucin de la cadena siderrgica a la economa, el sector siderrgico en la negociacin del TLC (anteriormente reseado en la revista Construccin Metlica No.3), glosario de trminos y estadsticas de comercio exterior.

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2006 JupiterImages corporation

Se presentan a continuacin selecciones de algunos captulos de esta publicacin, amablemente facilitados por la Cmara Andi-Fedemetal.

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Qu es el acero? El acero es una aleacin o combinacin de hierro y carbono en proporciones que oscilan entre 0,03% y 2% de carbono. Para mejorar algunas de sus propiedades puede contener tambin otros elementos. Una de sus caractersticas es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad. Ms del 98% del acero es hierro altamente refinado, y por ello se considera como una aleacin 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 fabricacin comienza con la reduccin de hierro. A este proceso se le conoce como produccin 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 produccin de acero se denomina Industria Siderrgica.

dir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arquelogos en Egipto datan del ao 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa poca se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocan hacia el 1.000 a.C. la tcnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento trmico.

En ocasiones esta tcnica de fabricacin produca accidentalmente autntico acero en lugar de hierro forjado.

llena de una escoria formada por impurezas metlicas y cenizas de carbn vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permaneca incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones sola contener un 3% de partculas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta tcnica de fabricacin produca accidentalmente autntico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbn vegetal en recipientes de arcilla durante varios das, con lo que el hierro absorba suficiente carbono para convertirse en acero autntico. Despus del siglo XIV se aument el tamao de los hornos utilizados para la fundicin y se increment el tiro para forzar el paso de los gases de combustin por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamao, el mineral de hierro de la parte superior del horno se reduca a hierro metlico y a continuacin absorba ms carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio,

Historia

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Historia del acero en el mundo No se conoce con exactitud la fecha en que se descubri la tcnica de fun-

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 clasificaran en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbn vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reduca el mineral a una masa esponjosa de hierro metlico

PRIMERA ETAPA: Reduccin Mineral

SEGUNDA ETAPA: Produccin de Acero

FIGURA 2 ETAPAS EN lA PRoDUccIN DE AcERo

1200 1000 800 Mmt 600 400 200 0 1950 1960 1970 1980 1990 1995 1997 1999 2001 2003 2005

FIGURA 1 PRoDUccIN DE AcERo lQUIDo EN El MUNDo 1950-2006

una aleacin que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba despus para fabricar acero. La produccin 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 britnico Henry Bessemer, que en 1855 desarroll el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la

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

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

ral de hierro en 1823 en la regin de Pacho, Cundinamarca. Se instal la Ferrera de Pacho y posteriormente fueron naciendo otras como la de Amag en Antioquia, la de Samac en Boyac y la de la Pradera en Subachoque, ferreras que pronto suspendieron definitivamente su produccin. El 5 de Agosto de 1938 se constituy lo que entonces se llamara Empresa Siderrgica S.A., conocida mas adelante como Siderrgica de Medelln S.A.

TERcERA ETAPA: laminacin Acero

Historia 13

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

PLATINAS: SIDELPA, DIACO, ACERO BOYACA. METALORIENTE

CANALES U: ACASA, DIACO

Metalrgica de Boyac se fund el 12 de mayo de 1961, fruto de la unin entre industriales vascos y boyacenses. La empresa se conocera ms adelante con el nombre de Siderrgica de Boyac S.A. y actualmente hace parte de Diaco S.A. En el mismo ao 1961 fue fundada Siderrgica del Pacfico S.A. En 1968 se funda Armaduras Heliacero, cuyo principal objetivo fue suministrar acero de alta resistencia para la construccin, fabricado mediante el proceso de Heliaceracin o torsin a partir del material de baja resistencia. En el ao de 1986 fue adquirida por Siderrgica de Boyac S.A. (hoy Diaco S.A) y en el ao 2001 pas a pertenecer a Proalco S.A. En el ao 1972 se cre la compaa conocida 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 construccin tales como cemento, griferas, enchapados, tubera y otros. La distribuidora compraba la produccin de las Siderrgicas y a su vez la venda a los pequeos distribuidores y ferreteras. En 1981 se cre Siderrgica del Caribe, ubicada en la zona industrial de Mamonal en Cartagena. El 28 de Diciembre de 1997 las empresas Siderrgica del Mua, Armaduras Heliacero, Siderrgica del Caribe, Siderrgica de Boyac y Distribuidora de Aceros Colombianos se fusionaron en una sola, siendo la fusionadora Siderrgica de Boyac S.A. Con la fusin de las empresas, Diaco desapareci pero se conserv sul nombre como marca. Durante el ao 2001 Siderrgica de Boyac compr a Simesa y cambi su razn social por Grupo Siderrgico Diaco S.A. y a partir del primero de marzo de 2004 esta siderrgica se conoce como Diaco S.A. Ms adelante en la cadena, a lo largo de la historia se han creado otras industrias, entre las cuales vale la pena destacar las siguientes:

Historia

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 fij como meta impulsar el desarrollo de la industria siderrgica en el pas. En 1942 los gelogos Benjamn Alvarado y Vicente Surez Hoyos presentaron el primer informe documentado sobre los yacimientos de Paz de Ro en Boyac, como resultado de un anlisis practicado a la muestra enviada por Olimpo Gallo, confirmando la existencia del mineral de hierro en la regin. Tambin se hallaron importantes depsitos de caliza y carbn. La hacienda Belencito fue escogida para el montaje de la Planta por su cercana tanto a los yacimientos de mineral de hierro, carbn y caliza como a las ciudades de Sogamoso y Duitama.

En 1947 un grupo de empresarios liderados por el ingeniero Daniel Jaramillo funda Siderrgica del Mua S.A. ubicada en la sabana de Bogot. La empresa comenz su labor productiva como un taller artesanal fabricando pequeas piezas de fundicin gris, bronce y aluminio. Desde 1986 hace parte de Diaco S.A. En 1954 se inaugura Aceras Paz de Ro entre los municipios de Sogamoso y Paz de Ro en el departamento de Boyac. Esta siderrgica integrada produce acero a partir del mineral de hierro (hematita) dado que la zona es rica en este mineral, as como en hulla y caliza, a diferencia de las otras siderrgicas colombianas que son semi-integradas porque su materia prima principal es la chatarra.

Corpacero fue fundada en 1.961 en la ciudad de Bogot. Se ha dedicado a la importacin y transformacin de lminas y planchas de acero Cold Rolled (CR) y Hot Rolled (HR) para la fabricacin y comercializacin de productos metalmecnicos como lmina lisa galvanizada, teja corrugada de zinc, tubera para conduccin de agua, gas, tipo conduit y para cerramiento, tuberas metlicas corrugadas, lminas para revesti-

les para naves industriales, centros comerciales y edificios a partir de vigas de alma llena soldadas, sistema estructural para vivienda industrializada, canastas y baldes plsticos. Productora de Cables Limitada C I Procables Ltda C I, es una organizacin fundada en 1972 en la ciudad de Bogot para la produccin y comercializacin de cables y alambres conductores elctricos.

En 1940 el IFI se fij como meta impulsar el desarrollo de la industria siderrgica en el pas.

LARGOSMINERAL FERROSOS APDR PAMCOL

LINGOTE PALANQUILLA TOCHOS

DIACO SIDELPA SIDENAL SIDOC ACASA APDR

ACERO

DIACO SIDELPA SIDENAL SIDOC ACASA APDR

CHATARRA

RECICLADORES

PLANOS

PLANCHONES

APDR

FIGURA 4 FAcToRES DE lA cADENA PRoDUcTIVA DEl AcERo

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miento de tneles, pisos metlicos para puentes, defensas metlicas para carretera, postes de iluminacin, perfiles en C y en Z formados en fro PERLINES, entrepiso metlico CORPALOSA, cubierta estructural galvanizada CORPATECHO, sistemas estructura-

Acesco naci en 1970. Durante 25 aos estuvo importando y comercializando aceros planos, aprovechando el modelo de sustitucin de importaciones. Inici operaciones en Bogot con una lnea de galvanizacin lmina a lmina de 20.000 Tm. por ao. En

1996 produce en Barranquilla el primer rollo de acero laminado en fro en Colombia. El montaje del tren de laminacin es considerado el desarrollo siderrgico ms importante de los ltimos 25 aos en Colombia y representa un gran aporte para la industria metalmecnica. En la dcada de 1970 se cre Laminados Andinos S.A., industria que presta el servicio de figuracin atendiendo el mercado de la construccin civil. Actualmente hace parte de Diaco S.A. El 10 de octubre de 1980 se fund Trefilados de Caldas con la produccin de puntillas y varillas. Once aos despus fund Alambres Tcnicos de Colombia produciendo alambre galvanizado y de pas. Dos aos ms tarde las dos empresas se fusionaron bajo el nombre de Trefilados de Caldas En 1995 se asoci con la empresa Bekaert dando origen a la Productora de Alambres Colombianos S.A. Proalco.

Panorama de la construccion metlica en ColombiaHernando Vargas Caicedo

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Aparte de ser econmico, fcil de mantener, y rpido para construir, el metal ofrecer infinitas posibilidades artsticas. El metal es escultural y permite formas estructurales libres inconcebibles en cualquier otro material. Interacta mgicamente con la luz y el agua reflejada. Cambia constantemente con el clima. La luz se refleja, brilla y se desliza poticamente sobre la superficie del metal. Algunos metales se corroen de formas muy interesantes y otros mantienen su brillo de joyas permanentemente. Para m el metal es el material de nuestro tiempo. Le permite a la arquitectura hacerse escultura, expresa la posibilidad de la tecnologa y las condiciones comprobadas de calidad y permanencia a lo largo del tiempo.Frank O. Gehry, en prlogo 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 construccin metlica en nuestro medio. Sin duda, en los ltimos aos se ha venido acelerando el proceso de difusin de la cultura de la edificacin metlica en nuestro medio y es indispensable examinarlo en sus caractersticas y sus tendencias. El presente artculo se propone reconocer elementos principales de este desarrollo y facilitar una visin de conjunto que permita apreciar los esfuerzos y logros de la industria, las empresas y las profesiones comprometidas en esta tarea. Hemos adoptado el mtodo de presentar ejemplos por tipos de obras para analizar y divulgar casos ilustrativos de la variada y creciente produccin de arquitectura y construccin metlicas en el pas. Necesariamente las obras listadas no agotan ni representan exclusivamente la experiencia cumplida y su compilacin plantea la conveniencia, y justicia, de elaborar una base de datos ms extensa y calificada para describir el avance de este tema en Colombia. No se pretende, tampoco, establecer una categorizacin de las calidades conceptuales, arquitectnicas y tcnicas, como de la calidad material de

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los trabajos. La omisin de muchos e importantes trabajos recientes y anteriores obliga a continuar la investigacin, seleccin y publicacin de trabajos de este sector en el pas.

Historia

Edificios para la industriaExiste una arquitectura industrial en Colombia desde la Colonia, como lo han demostrado importantes trabajos de investigacin sobre los ingenios de caa de azcar, las fbricas de aguardiente y los molinos de trigo. Menos profunda ha sido, hasta ahora, la indagacin sobre los edificios industriales en el siglo XIX y principios del siglo XX, con algunos trabajos sobre el caso del Valle del Cauca. La fbrica de Bavaria (1890s) en Bogot, con estructuras metlicas importadas de Alemania, es caso raro en un perodo de primera industrializacin del pas(2). En las primeras plantas de energa sobre el ro Bogot (inicios del siglo XX) se montan armaduras de acero francesas(3). Se ha verificado cmo ya aparecen las primeras cubiertas metlicas para usos industriales en la dcada de 1930 de las que son ejemplo destacado los Talleres de los Ferrocarriles en Chipichape(4). En la poca de la promocin industrial, inmediatamente antes y durante la Segunda Guerra Mundial, se dan crecientes construcciones de indus-

trias urbanas y rurales en todo el pas, con armaduras metlicas generalmente remachadas y comnmente configuradas con cerchas de perfiles angulares. Estas cubiertas van desplazando la usanza anterior de galpones con cubiertas en madera. Las empresas pioneras de la fabricacin metlica en Colombia, establecidas en la dcada de 1940 (5), se ocupan de las cubiertas metlicas industriales que se convierten en sinnimos. Cuando se introducen las tejas de asbesto-cemento a principios de los aos cuarenta, de los tejados en tejas de barro se ha pasado en algunas techumbres a lminas metlicas. Al lado de las mayoritarias cubiertas en celosas 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 permitirn un ahorro importante de peso a expensas de ms trabajo en su elaboracin. Con las soldaduras, ms comunes en el pas a partir de la dcada de los sesenta, se reemplazan remaches y apernados en las cubiertas. Las canaletas de asbesto-cemento, formuladas por Ortega a finales de los cincuenta, permitirn menores pendientes y mayores separaciones entre apoyos. Los perfiles tubulares estructurales ampliarn el espectro de materias primas desde los ochenta(6) y la utilizacin de perfiles en lmina formada en fro se extender sostenidamente para ir sustituyendo las acostumbradas armaduras de ngulos y redondos en los entramados de las cubiertas. La aparicin de las tejas sin traslapo a finales de los noventa aportar un perfil muy plano de las edificaciones industriales y contribuir a sistemas crecientemente especializados de aislamientos ambientales para estos espacios. En espacios como el de la Zona Franca de Bogot se encuentran diversos ejercicios de tipificacin y optimizacin de edificios metlicos, con novedades en cerramientos y techumbres. La arquitectura aporta, a travs de los concursos, variantes a la silueta de las cubiertas industriales como en el proyecto de la Imprenta Nacional.

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

lmina doblada, paneleras de cerramiento con desarrollos para control ambiental, plantas y secciones verstiles, fisonomas de vivienda desde lo tradicional hasta lo racionalizado, casas de catlogo. La prefabricacin de vivienda en Colombia se inicia en los aos 1940(9) con prototipos del ICT bajo el paradigma de piezas en concreto armado en proyectos piloto que exploran alternativas a la tradicional mampostera. En los aos cincuenta se importan ocasionalmente casas de madera desde Finlandia y Canad y en los setenta se inicia la promocin de alojamientos metlicos para campamentos con materiales livianos de fabricacin nacional. SAC promueve un cobertizo ligero de usos mltiples que es ampliamente difundido en Colombia en sus reas rurales. A finales de los noventa se retoma la promocin de nuevos prototipos de viviendas metlicas individuales en proyectos que integran a grupos de fabricantes y se exportan a pases vecinos. Se exploran variantes de entrepisos metalcermica que se ofrecen para el mercado de obras nuevas y ampliaciones. Finalmente, aparecen sistemas integrales de viviendas individuales en lmina delgada, con cerramientos y cubiertas metlicas, siguiendo el ejemplo de estas cons-

Vivienda UnifamiliarComo alojamiento temporal, para los colonos del Cabo, de Australia, y de California o los soldados de Crimea, los paquetes de pequeos edificios metlicos hacen carrera desde mediados del siglo XIX(7). Con la fiebre de la vivienda econmica se promueven prototipos en Inglaterra, Alemania y los Estados Unidos en las dcadas de 1920 y 1930(8) a partir de varios histricos concursos y proyectos que integran a arquitectos diseadores con industriales. Estos proyectos muestran una rpida incorporacin de elementos nuevos a la frmula: partes ms livianas en los esqueletos o entramados a partir de

Teatro Coln de Bogot

Historia 17

trucciones en reas como Norteamrica, Europa y Chile(10). Aunque la penetracin del mercado es an muy baja en este aspecto, se presenta una oportunidad muy importante apoyada en la agilidad de realizacin y la sismoresistencia. Deben reconocerse distintas culturas constructivas regionales, como la del Antiguo Caldas, donde la tradicin de liviana construccin temblorera favorece una actitud receptiva frente a entramados livianos en acero para la vivienda.

Edificios en varios nivelesEl proyecto de Farrington para el edificio Pedro A. Lpez es reconocido como el primer caso de edificacin en esqueleto de acero en varios pisos en el pas(11). Debe esperarse a la postguerra para que haya una serie muy importante de edificios, los ms altos para la poca en Colombia, con estructuras remachadas de prticos en acero tradas de los Estados Unidos. Es muy interesante observar que se presentan tambin ejemplos de edificaciones de apartamentos y proyectos comerciales y de oficinas de menor escala en los que se desarrolla experiencia local en la fabricacin o el montaje de este tipo de estructuras(12). El descenso del precio del caf, la proteccin a la siderrgica nacional, y el desarrollo de la educacin tcnica y la ca-

Edificio UGI Bogot

Aparte de la construccin, hoy hacemos casi todo de lmina metlica utensilios de cocina, muebles, automviles y vagones Pullman.1

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pacidad de produccin del concreto reforzado son elementos principales de la limitacin progresiva que fueron teniendo los edificios metlicos de varios niveles desde mediados de los cincuenta.

Algunos de los edificios altos en las dcadas siguientes se escapan a la regla: en el UGI los esqueletos metlicos son a la vez encofrados mviles, tensores postensados y puntales en seccin compuesta. Nuevamente, con las posibilidades comerciales y de intercambio tcnico que plantea la apertura de comienzos de los noventa, se introducen los edificios metlicos 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 fro. 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 excntricos y concntricos (Andes Plaza) que se han aplicado a aporticados nuevos (Portal de la 80) o rehabilitados (Armenia). Se han experimentado ya edificios en lmina delgada, mezclas de sistemas en acero y concreto combinndolos en entrepisos, envigados y columnas, sistemas de cerramientos ligeros exteriores e interiores. En varios proyectos bogotanos el uso de

Historia

Hotel Andes Plaza Bogot1. Frank Lloyd Wright en In the Cause of Architecture VIII, Architectural Record 1928, incluido en Frank Lloyd Wright Collected Writings, Rizzoli, 1992

Edificios para espectculos y deporteLos lugares de espectculos estn limitados, hasta el Teatro Coln (1890s), a formatos cubiertos restringidos(14). Con sus tejas y uniones metlicas, el entramado de madera de Cantini salva una luz importante y representa la introduccin de tcnicas europeas ausentes en nuestra construccin colonial. Los teatros, y despus los cines, exigen edificios ms amplios. En Barranquilla, Cartagena, Medelln, Bucaramanga y Bogot se suceden nuevas techumbres a principios de siglo que cuentan con entramados metlicos. Muchas de estas estructuras servirn despus como espacios con usos diferentes hasta encontrarse de nuevo, a partir de los aos 70, en el modelo del centro comercial, como conjuntos de salas y ya no como servicios de barrio en edificios independientes, con graderas, cubiertas y cerramientos en los que se usa crecientemente la solucin metlica por su ligereza y velocidad constructiva. A la mano estn los nuevos sistemas de construccin 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 aos 30s las primeras estructuras en el reciente concreto reforzado. El ftbol y el bisbol empiezan a tener escenarios en concreto desde esa misma poca que se amplan sucesivamente en las tres dcadas siguientes. Tambin se producen las primeras instalaciones suburbanas de clubes con utilizaciones de acero de inters arquitectnico (Los Lagartos, Country Club)(15). En los aos sesenta en el pas se comienzan a edificar coliseos deportivos donde las extensas cubiertas metlicas dominan desde un comienzo. En combinacin con cables (Cali)(16) y explorando secciones mviles (Valledupar, La Macarena) estos edificios cubren distintas escalas en proyectos en todo el territorio. En casos de limitados plazos, las construcciones metlicas son la solucin y as se realiza el Veldromo Luis Carlos Galn(17). Con

Edificio Terranova Bogot columnas cajn en acero ha posibilitado las secuencias constructivas de stanos. Y los acodalamientos temporales, o permanentes, provistos por los entramados metlicos han brindado seguridades en esas excavaciones. El acero ha facilitado la ampliacin gil sobre construcciones existentes (Andes Plaza, Alpina, Alianza Colombo Francesa). Se han adelantado varios edificios metlicos para parqueaderos en Bogot, Cali y Medelln. En un nmero creciente de hoteles (Lugano, Holiday Inn, Santa Teresa), oficinas (Johnson & Johnson) y apartamentos (Terranova, San Sebastin, Ferrara) se han reintroducido los aporticados en acero de varios pisos desde 1992. Un caso emblemtico de la nueva actitud es el de la sede principal de la Cmara de Comercio de Bogot, con grandes luces en cerchas de acero postensadas, grandes aleros en entramados de acero y entrepisos que combinan acero estructural y concreto(13).

Oficinas Johnson & Johnson Bogot

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

Edificios para la educacionYa en las propuestas para el campus de la UIS (1948) se observan elementos metlicos en sus cubiertas. Con el nuevo crecimiento de las instituciones universitarias en los noventa, se dan crecientemente casos de edificios metlicos como en la Universidad Sergio Arboleda, la UJTL(21), Universidad El Bosque, Universidad San Martn, Universidad La Gran Colombia, Escuela Colombiana de Ingeniera y la Universidad del Tolima, tanto en bloques de aulas, como de administracin y servicios. El proyecto metlico se acomoda a la precisa programacin de inicio de perodos acadmicos y a la versatilidad espacial requerida. No se ha dado en el pas una sistematizacin constructiva en las edificaciones de la educacin pblica que permitira, como lo hicieron en las experiencias inglesa, canadiense y californiana del SCDS, una racionalizacin que favorezca el uso de componentes industrializados(22). Surgen modelos de espacios de popularizacin de la tecnologa como Maloka(23), donde se plantean domos ligeros en estructuras tridimensionales de exigentes condiciones ambientales.

de programas constructivos apremiantes. Aunque se levantan importantes galeras de mercado en concreto armado, como en Armenia, la modernizacin de estos servicios urbanos considera las opciones metlicas (Palmira) en las dcadas siguientes. Un inmenso proyecto de Central de Abastos en Bogot (1972) se consigue desarrollar en plazo cortsimo con el concurso de agrupaciones de firmas de fabricaciones metlicas. Las cubiertas de los centros de

como Santo Domingo (1890) se reemplazan las averiadas cpulas coloniales de mampostera por cpulas metlicas ms ligeras. En la iglesia de Tad (Choc) se usaron revestimientos metlicos sobre entramados de madera, como se acostumbrara en la Manizales de principios de siglo. En los aos cincuenta y sesenta se dan interesantes casos de arquitectura y fabricacin metlica en iglesias. Con mejoradas opciones para materiales de

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Historia

Fabricacin estructura edificio UJTL

La arquitectura moderna es la arquitectura de la libertad y el acero es su columna vertebral.2exposiciones, como en Corferias y Medelln, ilustran variantes de cubiertas metlicas con diversos materiales y configuraciones desarrolladas en las ltimas dcadas. Las edificaciones de culto son un campo de proposicin para sistemas estructurales y constructivos. De hecho, el primer uso registrado del metal en la construccin colombiana lo hemos identificado en el reforzamiento de la iglesia de San Jos en Popayn (1739) y as se refuerza la cpula de San Ignacio en Bogot (1802). En muchas iglesias,

Edificios de equipamiento y serviciosSin duda, la Aduana de Ccuta inaugura el uso de edificios metlicos adquiridos en paquete(24). En Bogot se utilizan elementos metlicos en sus galeras con el cambio de siglo. A cargo de la Casa Ulen(25) en los aos 20s se tienen casos de mercados como el de Las Cruces o plazas como la de Tunja donde los sistemas metlicos importados resuelven la necesidad

tejado, los arquitectos contemporneos estn proponiendo novedosas formas en proyectos de esta clase. En la era de la aviacin, despus de su inicio en los veintes, los hangares metlicos dominan en las nuevas instalaciones. Solo ocasionalmente, como en Soledad, se utilizan arcos en madera laminada y pegada importados de Holanda. Despus de dcadas de edificios aeroportuarios en concreto, con excepciones como el Puente Areo de Bogot, se consideran alternativas metlicas para los futuras propuestas de modernizacin de los aeropuertos concesionados. En el programa de bibliotecas y colegios pblicos de Bogot se demuestra la versatilidad de la nueva generacin de cubiertas metlicas. 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 Fiscala General de la Nacin, 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 metlicos desde los setenta y se exploran estructuras tridimensionales como en Medelln(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) sealan una integracin creciente de los equipos de diseo y la industria para conseguir objetos robustos y atractivos frente a las exigencias de sus amplios trficos.

Edificio Ferrara Bogot

La solidez original, y su valor patrimonial y econmico, han ofrecido la posibilidad de reusar importantes edificaciones metlicas (Cavas y Falcas). En distintos casos, la rehabilitacin o intervencin en edificios histricos han considerado los elementos metlicos como cruciales respecto de la configuracin estructural (Teatro Heredia), fisonoma tipolgica (San Agustn) o comodidad (Capilla de El Campito). El sismo del Quindo determin un importante programa de reforzamientos en el Occidente del pas y se han cumplido significativos ejemplos de utilizacin del acero estructural como estrategia para rehabilitacin de estructuras existentes(28) (Armenia, Palmira, Cali). Un caso peculiar de refuerzo ha sido la recuperacin del Club El Nogal donde las secciones en acero prestaron una importante contribucin al proceso(29).

Edificios comercialesYa los pasajes comerciales de finales del siglo XIX en Bogot iniciaron la utilizacin de metal y vidrio, conforme a la gran tradicin europea que combina efectivamente estos materiales en la renovacin urbana y arquitectnica. El espacio comercial ha requerido versatilidad interior y aporte de luz natural condiciones que la construccin metlica de entrepisos y cubiertas ha favorecido especialmente. El mall aparece en Colombia en los aos 70s y presenta propuestas en las configuraciones de sus techos traslcidos, cada vez ms visibles y protagnicos. Con perfiles tubulares para bvedas (Granahorrar), secciones aligeradas en aluminio y vidrios (Bulevar Niza)(30) se ilustran los avances de los aos 80. Este aporte se ampliar en la dcada siguiente a estructuras completas (Iserra)(31) que permiten secuencias constructivas Cavas y Falcas Bavaria Bogot

Historia 21

Reforzamiento, intervencion y reciclaje

adaptadas a las exigencias de suelos blandos y cortos plazos. En el perodo de las grandes superficies, las indiscutidas cubiertas metlicas facilitan un nuevo formato de grandes luces y alturas interiores. Gradualmente se introducen elementos del entrepiso metlico, como perlines y losas colaborantes (Palmetto, La Florida) para reemplazar las prcticas anteriores. Con la ms diversa oferta de perfiles tubulares estructurales, y una sensibilidad a su expresin contempornea, las marquesinas se desnudan y aportan geometras elaboradas en detalles (Portal de la 80, Platinum).

El acero en combinacion con otros materialesLa construccin metlica no ha desplazado radicalmente a las prcticas 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 precisin y limpieza de su montaje, sin embargo, van apoyando un ejercicio de rigor y consistencia en la seleccin e integracin 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 cajn y entrepisos de steel-deck desde comienzos de los 90s (Lugano). Con fachadas ventiladas, con entramados y anclajes metlicos de soporte para lajas de revestimiento, se introducir gradualmente una ingeniera de fachadas orientada a la construccin seca. Se dispondr de una creciente variedad de sistemas de techos, combinando metal y otros materiales, y de una gama expan-

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

Obras civilesLos puentes prehispnicos en materiales vegetales antecedieron a los espaoles de albailera hasta la propuesta de Reed para entramados de madera con uniones metlicas. Los puentes metlicos se inician en Colombia con los numerosos colgantes en alambres para la arriera 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 acumular un patrimonio importante de estructuras metlicas en pleno servicio en gran parte del territorio. Algunos, como el del ferrocarril de Girardot, constituirn ejemplos de logstica(32). Aunque aparecen los puentes en concreto, en especial a partir de la dcada de 1930, y los postensados en la de 1950, el puente metlico, fabricado en el pas desde entonces, mantendr una presencia dominante en las luces mayores. Entonces sern gran innovacin los numerosos puentes urbanos y desde la dcada de 1980 competirn las propuestas metlicas con las de concreto y surge el uso del acero autopatinado (Avenida Boyac, K5). Por entonces, ya se habrn dado propuestas de reforzamiento de armaduras metlicas de puentes mediante postensados, como las de Gonzlez Zuleta para agilizar los procesos de rehabilitacin de la infraestructura. En la dcada siguiente se ofrecer, en el mbito de las grandes mejoras del sistema de espacio pblico, una pluralidad de ejemplos en puentes vehiculares, peatonales y ciclopeatonales en varias ciudades del pas.

Historia

Una oficina de arquitectura solamente es concebible en la planta de fabricacin de los materiales.3dida 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, Pabelln del Caf): piedra y acero (Luga-

22

Paradero Urbano en Bogot3. Jean Prouv en Jean Prouv de Nancy, Le Grand Tolier. En el libro ARCHITECTURE ET INDUSTRIE : Pass et avenir dun mariage de raison, CCI, Raymond Guidot (ed),1983

Fabricantes y arquitectos, antes subalternos en el proceso, se sumarn al ingeniero para hacer puentes urbanos ms ligeros y atractivos (Sop). El puente modular metlico permitir una inusitada participacin 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 pblico, la construccin metlica comprobar su adaptabilidad y eficacia. En el puente de Tercer Nivel de la calle 92 en Bogot se verificarn las grandes escalas y agilidad de la fabricacin metlica.

Objetos y mobiliario urbanoDesde el bronce para Bolvar de Tenerani, el metal aparece gradualmente en el espacio pblico. Las rejas del parque Santander, las fabricadas en La Pradera, las verjas del parque Centenario, las rejas de la plaza Santa Ins, los postes, faroles y quioscos de hierro fundido, las prgolas en los accesos de sitios ilustres (Teatro Coln) ejemplifican, desde el siglo XIX hasta principios del siglo siguiente, la valoracin de las posibilidades funcionales y expresivas del metal. Desde los 70s la escultura contempornea se expresa en construcciones metlicas sobre el espaPuente de Girardot cio pblico como Dinamismo (de Negret), el Ala Solar (donada por Venezuela a Bogot) y las piezas alineadas en la va a Eldorado (de varios autores). Series de verstiles objetos en metal, interpretadas por distintos artistas, poblarn las calles bogotanas. El conjunto de refugios peatonales y mobiliarios metlicos para el espacio pblico de Bonilla manifestar, a finales de los 90s, una poltica de enriquecimiento de la calidad de vida y un propsito de sistematizacin de las intervenciones urbanas. Italo Calvino haba 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 expansin de la construccin metlica en Colombia.

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

13. 14. 15. 16. 17.

Historia 23

Arquitectura Institucional

Criterios de zonificacin y diseoArquitectura InstitucionalUribe de Bedout Arquitectos

Biblioteca Pblica de E.P .M.

56

L

a biblioteca E.P.M. est ubicada en la ciudad de Medelln sobre la calle San Juan en el sector de Guayaquil, un sector que durante los ltimos 35 aos vena deteriorndose en forma alarmante. Se plante una construccin con los siguientes niveles principales: Un semistano destinado a Universidad Virtual. Un piso tcnico para equipos y para baos de la Universidad Virtual. Un nivel principal de acceso. Un piso de Salas de lectura, consulta y capacitacin. Un mezzanine pequeo, destinado a biblioteca de consulta. Una Terraza que alberga cubculos para investigadores y cuartos de mquinas. Una cubierta principal.

Figura 1 Lmpara urbana

Arquitectura Institucional 57

El rea construida es de unos 10.500 m, con plantas de cerca de 90 m de largo por 35 m de ancho. El piso de salas de lectura, as como la terraza y la cubierta principal estn 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 pblico que se pliega desde la nueva Plaza de Cisneros. Esta operacin permite recibir flujos peatonales desde los cuatro costados y evita que el edificio se convierta en una baFigura 2 pLanta 1

58


Figura 4 baLCn DE EStuDio

Figura 5 SaLa DE LECtura gEnEraL

rrera para la renovacin del sector del costado occidental. Era necesario evitar que el edificio le diera la espalda a este sector altamente deteriorado, y por ello se decidi ubicar los accesos principales en el balcn cubierto creado sobre este costado. Hacia la plaza se dise un espacio pblico ms 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 elevacin del nivel de la galera de acceso permiti que, despus de apenas un ao de inaugurada la biblioteca, el sector presente una mejora sustancial. Esta estrategia urbana logr que lasFigura 3 ESQuina Sur oriEntaL


Figura 6 CortE tranSVErSaL


Figura 7 CortE tranSVErSaL

60

dos realidades culturales coexistieran sin entrar en conflicto. Esta decisin, que pareca contrariar la lgica de acceder desde la plaza, es la responsable del impacto positivo en su permetro inmediato. El proyecto aport al mbito pblico 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 socializacin del conocimiento. La funcin de la biblioteca se extiende al exterior permitiendo la lectura y el estudio bajo el confort de este umbral sombro (en Medelln la tempe-

Figura 8 CaLLE pEatonaL

ratura promedio es de 30 grados centgrados). Se complementa con seis locales comerciales, una Galera de Arte Digital y una Cinemateca. Para ampliar el rea de proteccin del transente en el permetro del edificio, las fachadas se desplazaron hacia el exterior con una inclinacin aguda, logrando una proyeccin de sombra significativa sobre el espacio pblico. Esta operacin, que a simple vista parece un capricho formal, es un instrumento de proteccin altamente efectivo que adems evita la interrupcin visual que produciran las columnatas de una arcada convencional. Esta decisin de cubrir espacio pblico sin el empleo de marquesinas o prticos oblig a una exploracin y a un especial diseo estructural en acero, capaz de resolver las altas exigencias de los grandes voladizos. Por su exigente ubicacin urbana, el edificio no poda estar volcado hacia su interior pero tampoco poda obviar la necesidad de concentracin y de intimidad exigida por una biblioteca. Se decidi entonces acristalar grandes superficies para lograr una transparencia que permitiera la relacin directa entre el interior del edificio y el espacio pblico, y servir de vitrina para una provocacin cultural y de visor para una vigilancia ciudadana. Tambin sirve de lmpara urbana sobre el espacio pblico circundante, proveyendo suficiente iluminacin para la lectura y generando a su vez una nocin 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 disear una Gran Caja Flexible exigida por los especialistas se descart. Los libros no se ubican en anaqueles metlicos 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

racionalidad de las plantas. Se logran diferentes lugares de estancia, no de paso, suficientes para garantizar que el usuario encuentre mltiples 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 perodos de tiempo. La distribucin del programa se puede abstraer a modo de pirmide, con una base ms pblica con capacidad para muchas personas que permanecen poco

tiempo. A medida que se asciende la capacidad va disminuyendo y van aumentando los niveles de concentracin y el tiempo de permanencia. La Biblioteca Temtica E.P.M. es un valioso aporte en el desarrollo de nuevas tipologas para los futuros centros integrales de comunicacin, educacin y cultura, apoyados principalmente en los medios de la informacin virtual. El mayor reto del proyecto era lograr una fusin entre el espacio ntimo del

Todos los ngulos de inclinacin fueron el resultado de un estudio bioclimtico y de confort ambiental.

Figura 9 gaLEra DE artE VirtuaL


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


Figura 10 DEtaLLE DE montaJE mEtLiCo Y apoYoS

La construccin

62

inicio del montaje metlico montaje Escaleras

Lmina y conectores

montaje de estructura de acero

Cerramiento en CLS

Losas en Steel Deck

FiCHa tCniCauribE DE bEDout arquitectos. DirECtor DE DiSEo: arq. Juan Felipe uribe de bedout. CoorDinaDor: arq. gerardo olave triana. EnCargaDo : arq. lvaro Criollo Lpez. arQuitECtoS CoLaboraDorES: manuel Villa Largacha, andrs Castro amaya, Jheny nieto ropero, nstor riascos. SupErViSin DE obra: arq. Juan Felipe alarcn. DirECCin DE obra: unidad de Edificios de Empresas pblicas de medelln. DiSEo intErior: uribE DE bEDout arquitecta Encargada: arq. andrea Snchez. DiSEo EStruCturaL: respuestas Estructurales. ing. Francisco Javier prez, ing. Jorge Villegas. DiSEo rEVEStimiEntoS: oswaldo Jaramillo. DiSEo ELCtriCo: Daro Calle, Daniel ramrez. DiSEo LumniCo: ECoLuZ. DiSEo HiDroSanitario: Fernando Salinas. DiSEo airE aConDiCionaDo: Jose tobar y Cia. Ltda. DiSEo rED Contra inCEnDio: aDmiriS Ltda.proYECto arQuitECtniCo:

DiSEoS Y EStuDioS

Consorcio mgL - arquitectura y Concreto. industrias del Hierro CarpintEra mEtLiCa: arquitectura y Concreto. rED ELCtriCa: inStELEC. rED airE aConDiCionaDo: aire Caribe. rED Contra inCEnDio: aCCEQuip.EStruCtura Y aCabaDoS: EStruCtura mEtLiCa:

ConStruCtorES

intErVEntora

Francisco lvarez. Carlos augusto agudelo. rED ELCtriCa: guillermo mesa, Len Daro bustamante. rED Contra inCEnDio: Jorge palacio. rED airE aConDiCionaDo: Jorge Lpez.SupErViSin gEnEraL: EStruCtura Y aCabaDoS:

aSESora ambiEntaL Jorge Hernn Salazar, ader garca, alexnder gonzlez. FotograFaS Sergio gmez, Carlos tobn, gerardo olave.


Proyecto estructural


Biblioteca Pblica de E.P .M.Ing. Francisco Javier Prez V. Respuestas Estructurales Ltda.n la direccin ms corta se previeron prticos de 21.8 m de luz, con voladizos variables que alcanzaban hasta unos 11 m de longitud. Estos prticos tenan espaciamientos variables (direccin N-S) de 2.4, 2.9 y 4.35 metros.

64

E

Descripcin del proyecto estructural

ran a dimensiones muy grandes de las vigas y de los apoyos verticales y, sobre todo, porque las deformaciones verticales seran difciles de controlar. Las nicas alternativas prcticas viables para el planteamiento arquitectnico, construibles con tecnologas locales, eran: Estructura sismo resistente en prticos de concreto postensado para la direccin transversal, y prticos o muros de concreto (pantallas) en direccin longitudinal. Las placas podran 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 podran plantearse losas nervadas para aligerar un poco las cargas muertas. Prticos metlicos en direccin transversal (E-W), con losas en lmina colaborante o steel-deck armadas en direccin N-S (construccin compuesta). El sistema sismo resistente para la direccin longitudinal (N-S) podra ser de muros delgados de concreto o bien con riostras metlicas. La solucin en concreto postensado se descart por los siguientes inconvenientes respecto a la solucin con estructura metlica:

Premisas estructuralesLa estructura del proyecto deba cumplir los requisitos usuales de seguridad, funcionalidad y economa, as como tambin un tiempo de construccin reducido. La funcionalidad se busc mediante el empleo de luces generosas, espesores mnimos de las estructuras de piso y posibilidad de perforaciones dentro de la estructura (pantallas y vigas) para paso del aire acondicionado y dems instalaciones. Dadas las grandes luces, se requera un control cuidadoso de las deflexiones verticales de la estructura y tambin deba procurarse que las vibraciones que pudieran presentarse fueran tolerables para los usuarios. La economa y el tiempo corto de construccin se buscaron analizando varias alternativas de materiales y eligiendo un sistema de construccin apropiado. Para

Figura 1 EsquEmas gEnEralEs (gEomEtra)

reducir los efectos ssmicos se plante una estructura liviana.

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

a) exigira vigas relativamente voluminosas, b) con una estructura resultante relativamente pesada y c) con un tiempo de construccin extendido por el proceso de fraguado previo al postensado. En vista de las consideraciones anteriores y ante la urgencia de la construccin, la solucin estructural se enfoc a optimizar la alternativa de estructura metlica.

Muros de concreto (pantallas). Solucin mixta: pares de columnas metlicas enlazadas mediante vigas metlicas e integradas entre s mediante pantallas de concreto para conformar una seccin compuesta bastante rgida. Despus del anlisis sobre su eficiencia estructural y constructiva se escogi la solucin mixta de vigas metlicas y pares de columnas en cada extremo de la luz central, integradas mediante muros o pantallas de concreto.

entre prticos son variables, dictadas por el proyecto arquitectnico: 4.35, 2.9 y 2.4 m entre centros. Estos prticos principales llevan en los extremos de su luz central de 21.8 m de luz entre centros, pares de columnas metlicas tipo HEA220, separadas 1.59 m entre centros, que en la etapa final se integran mediante pantallas de concreto. Las vigas son de seccin compuesta tipo IPE600, con losa superior integrada mediante conectores de cortante. En direccin N-S, la losa superior se plante con lmina colaborante o steeldeck de 3, ms 7.5 cm adicionales de concreto sobre las crestas de la lmina. Se busc as soportar las luces pequeas sin necesidad de perfiles metlicos adicionales y adems 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 prticos principales. Para la resistencia y rigidez sismo resistente de la direccin 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 direccin E-W y llenando las luces de 2.9 m. Para ayudar al control de las deformaciones verticales de los voladizos notables existentes en direccin E-W en algunos niveles de los prticos principales, se decidi unir los extremos del piso de salas de lectura con los extremos de la cubier-

Dadas las luces notables, y para poder controlar las derivas ssmicas, el sistema sismo resistente de la direccin transversal (E-W) requera la incorporacin de pantallas o riostras para llegar a dimensiones razonables de los elementos metlicos. Se plantearon pantallas de 1.8 m de longitud en los extremos de la luz central de 21.8 m. Se contemplaron las siguientes posibilidades de conformacin de dichos elementos verticales de apoyo (pantallas) en los extremos de la luz central: Pares de columnas metlicas, enlazadas por vigas cortas (aproximadamente 1.4 m libres) en los niveles de las placas; estas vigas seran continuas, resistentes a momento flector, tanto en la luz central como en los voladizos. Pares de columnas metlicas, como en el caso anterior, enlazadas mediante vigas y adems mediante riostras, todas metlicas.

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

sistema sismo resistente longitudinal Direccin n-sPara esta direccin se consider la posibilidad de conformar riostras metlicas o bien pantallas de concreto sobre los mdulos de 2.9 m, colocadas entre las pantallas de direccin E-W. Se opt por la solucin con pantallas en concreto que funcionan al acoplarlas con las pantallas de direccin E-W pues conforman secciones de concreto con aletas (forma de H).

sistema estructural completoPara cargas verticales se conformaron en la direccin corta (E-W) prticos de vigas metlicas continuas con pantallas de seccin compuesta. Las separaciones

.024

.011

.019 .009 .007 .014 .020 .022 .033 .029 .021

.009 .009

.009

.011

.072 .064.013

.068 .062

.070

.072 .074

.011 .007 .007 .006 .005 .004 .003

.059 .050 .044 .046

.024

.009 .012

.007

.006

.007 .007

.054.006 .007 .010

.054

.046 .041

.024 .003 .002 .001 .000 .000

.004 .003 .002 .001 .000 .000 .017 .031 .018 .029

.031 .019 .013 .009 .024 .013 .012 .015

.003 .002 .001 .001 .000 .000

.005 .002 .002 .002 .001 .000 .000 .004

.020

.020 .007

.012

.007

.000

.000

.000

.000

Figura 2 DEFlExionEs Por carga vErtical, Prticos En borDEs DE vacos (sErvicio)

Figura 3 DEFormacionEs bajo EsPEctro inElstico E-W


sistema sismo resistente transversal Direccin E-W

ta mediante elementos metlicos tubulares, que serviran al mismo tiempo para conformar y para soportar la ventanera. Estos elementos se arriostraron en altura cada 2.4 m aproximadamente, tambin con elementos tubulares. Todos los perfiles metlicos son de fy = 350 MPa (Grado 50, ASTM A572).

191.91 158.14 36.87 87.85 50.69 -3.66 0

74.73 24.26 5.99

18.64 -18.64

46.62

16.8 -8.96 -51.74 -29.37

-39.13 -7.33

-32.33 40.54 -24.18 -6.5 5.29 2.84 0 -15.98 -3.29

13.53 17.76 11.4 -12.51 50.14

-2.46

-25.95

3.91

-48.64 105.16 -42.52

-27.51

-2.86 122.68 13.56 36.82 21.78

0.26 0.25

-10.19

42.07 70.59

15.12 -1.64 -7.39 26.81 -0.03 0.21 0.45 6.7 0

-58.36 109.35 66.28 23.21 -26.37 -11.25 -57.77

anlisis por computadorSe armaron varios modelos para el programa STAAD y se consideraron las situaciones de funcionamiento de la estructura durante la etapa de construccin y la etapa final. Para esta ltima se llev a cabo anlisis dinmico espacial. Las placas tipo steel-deck se modelaron como elementos finitos de espesor equivalente (0.12 m).

23.58 50.38 71.67 -19.42

-17.16 -19.26 20.68 60.62

0.24 0.23 0.21


Figura 4 momEntos FlEctorEs carga vErtical, Prticos En borDEs DE vacos (sErvicio)

0.51

-3.38

-7.26 -19.22

-5.44 -2.24

-3.97 0.03

-0.23

0.42

0.21 -35.92

0

2.93

3.85

-68.36 -44.92

1.71

-0.42

-0.41

0

0

0

-30.08 -35.87

-21.48 10.85 0 -0.03 2.69 4.41 0 0.25

Etapa de construccinPara la etapa de construccin se consider como carga muerta el peso propio de la estructura metlica ms el peso de la losa tipo steel-deck. Como carga viva durante la construccin se tom 1.2 kN/ m, que equivalen a unos 70 kN o unas 100 personas para un mdulo representativo de 21.8x(2.4+2.9)/2 m. Se decidi que las luces principales deban apuntalarse provisionalmente durante la construccin para evitar el problema mencionado.

-0.32

2.19

-10.91 -58.83

-8 -1.29 -0.74 -0.18 0.48 1.15 6.1 33.8 40.25 64.03 87.81 13.5 -11.56 -8.37 -4.57 -0.76 3.73 60.68 92.45 -0.39

6.14 10.78 11.59 8.12 28.91 0.08 -6.93 -1.84 0 -1.05 0.24 1.53 0

66

Figura 5 momEntos FlEctorEs sismo E-W, Prticos En borDEs DE vacos (sErvicio)

Para efectos ssmicos se consider el espectro dado para Medelln por la Norma NSR-98, con los siguientes parmetros: aa = 0.20 s = 1.2 i = 1.1 (grupo de uso ii)

Perodo fundamental en direccin E-W: 0.44 s Perodo fundamental en direccin N-S: 0.60 s

Etapa finalPara la etapa final se utilizaron las siguientes cargas (valores de servicio):Carga muerta Peso de las losas de concreto Acabados Otras (instalaciones, particiones) Carga muerta total Peso de las vigas principales Carga viva predominante (salas de lectura) Para los depsitos de libros su carga de servicio se estim como 2x0.3x2.5x10.0 2.80 1.50 1.00 5.30 1.22 kN/m kN/m kN/m kN/m kN/ml

Las derivas inelsticas mximas resultaron de 0.55 % veces la altura de piso en direccin N-S y de 0.62 % veces la altura de piso en direccin E-W, valores adecuados, segn la Norma NSR-98, que permite derivas hasta del 1.0 % de la altura de piso.

2.00

kN/m

Se efectu un anlisis ssmico dinmico espectral y se especific combinacin modal CQC (Complete Quadratic Combination). Se consideraron 15 modos de vibracin, con lo cual la participacin de los modos considerados llega a valores del 98 % de la masa total en ambas direcciones (E-W y N-S). Los resultados del anlisis dinmico fueron:

sensibilidad a vibracionesEn vista de la existencia de luces notables (20 m libres), se verific la sensibilidad de la estructura ante vibraciones ambientales, segn la metodologa de Murray T., Allen D., Ungar E. Floor Vibrations Due to Human Activity Steel Design Guide Series 11, AISC, 1997. Se encontr una frecuencia fundamental de vibracin vertical de 4.1 Hz y, para

15.00

kN/ml

un coeficiente de amortiguacin del 3%, se obtuvo una aceleracin vertical mxima, 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 tambin se considera idnea en este aspecto.

cimentacinSegn informacin 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 stano era del orden de 400 MPa (40 t/m). La solucin de cimentacin se plante, entonces, en zapatas aisladas para las diferentes columnas y pantallas, amarradas con una retcula de vigas de concreto.

-0.66

Proceso constructivoSe consider el siguiente proceso constructivo, bastante gil: 1. Construir las zapatas de cimentacin. 2. Levantar las columnas metlicas con su altura completa. Estas columnas podan fraccionarse para su transporte a la obra, donde se ensamblaban. 3. Colocar las vigas metlicas de un piso y fijarlas a las columnas. 4. Colocar las lminas del steel-deck y asegurarlas bien a las vigas metlicas para que les sirvieran de arriostramiento durante el vaciado posterior de los concretos de las losas. 5. Arriostrar provisionalmente en direccin N-S las columnas metlicas para evitar problemas de estabilidad durante el vaciado de las losas. 6. Apuntalar las vigas metlicas hacia el centro de la luz de 20 m libres y en las puntas de los voladizos para evitar deflexiones excesivas durante la construccin de las losas. As se evitaban tambin excesos de consumo de concreto y aumentos imprevistos de la carga muerta. 7. Fundir las losas tipo lmina colaborante o steel-deck. 8. Las pantallas de concreto de cada piso podan fundirse antes o despus de construido el steel-deck,0.02

-0.66

-5.3

-0.29 -0.45

-0.29 -0.45

-0.68

0.08

0.08

0.08

-17.28 -0.49 22.32 0.42 -17.28 0.42 0.42

-5.3 0 0 0 0 -3.51 -0.53 25.41 -1.59 0.37 0.37 0.37 0.37 25.41 10.34 13.21 13.21 13.21 -0.76 -0.76 -0.76 -1.59 -1.02 25.41 -0.53 0

22.32 22.32 -0.99 -0.99 1.17 1.17 1.17 19.24 18.89 17.65 17.65 17.65 -0.26 -2.34 -0.76 -0.26 -2.34 0 0.72 0.72 0.72 0 0 0

-0.03

Figura 6 FuErza cortantE sismo E-W, Prticos En borDEs DE vacos (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)


usando concreto de muy baja retraccin de fraguado y autonivelante; tambin deberan preverse ventanas laterales de vaciado y agujeros de salida del aire desplazado por el concreto, o algn otro sistema para asegurar el contacto completo del concreto de las pantallas con los perfiles metlicos que lo enmarcan. Otra opcin era usar para las vigas dos secciones en canal, equivalentes al perfil IPE600 planteado inicialmente, soldadas lateralmente a las columnas metlicas y conectadas entre s a travs de la pantalla de concreto, lo cual dejara ventanas verticales que facilitaran el vacia-

do de las pantallas, pero las canales tendran que ser armadas en taller y resultaran ms costosas que las IPE600 planteadas en principio. 9. Los pasos 3 a 8 deban repetirse para los diferentes pisos. 10. Construir los micropilotes y luego las vigas de amarre de fundacin y la placa de subpresin. Es posible que el nivel fretico real que aparezca despus de estabilizadas las excavaciones est ms 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 subpresin o que est poco exigida.

Anlisis

Criterios sobre proteccin pasiva contra incendiosLuis Mariano UpeguiIngeniero Civil CALORCOL S.A.

116

Anlisis

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

conceptos generalesDiariamente 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, prdidas industriales y la desaparicin de edificaciones. La proteccin pasiva contra incendios es la articulacin de actividades compuestas por diferentes elementos y soluciones que, desde la prevencin, pueden ser adoptadas para minimizar prdidas, tanto humanas como materiales en caso de incendio; adems de impe-

dir o retrasar su propagacin y facilitar su extincin. Dentro de la proteccin pasiva hay dos campos bsicos de accin. En primer lugar, el Firestopping o sellamiento de penetraciones consiste en el uso de materiales que proporcionan la capacidad de impedir la propagacin de las llamas y humos a travs de penetraciones o juntas. En segundo lugar, el Fireproofing es el revestimiento que se le hace a las estructuras metlicas con productos ignfugos, para aumentar la estabilidad al fuego de los elementos estructurales metlicos hasta los limites requeridos, en donde el material aplicado funciona como aislante trmico que disminuye de forma efectiva el flujo de calor. Para garantizar el logro del propsito del Firestopping, se emplean materiales elastomricos que pueden ser intumescentes y, adems de ser incombustibles, se expanden ante el fuego evitando la propagacin del mismo. Tambin son utilizados otros elementos ignfugos como la lana mineral de roca, que sirve para sellar las cavidades en muros, losas o techos, proporcionando aislamiento trmico, estanqueidad al fuego y no emisin de gases txicos. Para garantizar el objetivo del Fireproofing se aplica un espesor del producto incombustible a las estructuras metlicas. El material aislante de proteccin debe cumplir una serie de requisitos, como son estabilidad a temperaturas elevadas. reducida conductividad trmica, fcil mecanizado y montaje, resistencia mecnica (capacidad autoportante) y durabilidad, compatibilidad con el acero y otros materiales. Las principales normas nacionales e internacionales en materia de proteccin 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 (Espaola) y NTC 1480 (Colombiana). En Colombia el marco legal en materia de proteccin contra incendios es

FigUra 2 despUs de aplicar Firestopping

Anlisis 117

M5 Materiales que no entran en las clasificaciones anteriores. 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 mecnica frente a la accin 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 trmico como la resistencia trmica suficiente para impedir que se produzcan en la cara no expuesta al fuego, temperaturas superiores a 220 C, segn la Norma NTC 1480 Comportamiento frente al incendio de Elementos Metlicos.

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

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

FigUra 3 FireprooFing

118

la NSR98 en su ttulo J, que se refiere a cundo una edificacin debe ser protegida contra el fuego, segn su destino, rea por piso edificado, nmero de pisos y otras caractersticas de la construccin. Con esta norma se determina cunto tiempo de proteccin ante un incendio requiere la obra civil (1/2 hora, 1 hora, 1 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.

Anlisis

definiciones bsicas en ingenieria de proteccin al fuegosector de incendioLas zonas con riesgo compartimentado se denominan sector de incendio. Este debe asegurar que un incendio declarado en su interior no se transmitir, en un tiempo preestablecido, a los sectores vecinos. Lograr que sean de volumen reducido es un objetivo de la proteccin estructural.

compartimentacin horizontalTiene como finalidad dificultar la propagacin horizontal del fuego (y humos). Los elementos de proteccin actan limitando la transmisin de calor, impidiendo el derrame de lquidos combustibles, y en definitiva delimitando sectores de incendio.

separacin por distanciaEs la medida idnea para reducir la conduccin y radiacin de calor de unos combustibles a otros o entre edi-

trminos de la normativa colombianaPara la proteccin 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 ignfugos, regidos por la NTC 1480. La serie all clasificada incluye las clases: M0 No combustibles M1 No inflamables M2 Difcilmente inflamables M3 Medianamente inflamables M4 Fcilmente inflamables

La velocidad de crecimiento de la temperatura, el valor mximo de la misma y su duracin sern diferentes de un incendio a otro.

curva de temperaturasLa velocidad de crecimiento de la temperatura, el valor mximo de la misma y su duracin sern diferentes de un incendio a otro. La homologacin de materiales de proteccin 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 solucin aplicable especialmente en fase de proyecto o en la distribucin en planta.

Muros o paredes cortafuegosSon muros de carga, de cerramiento o de separacin construidos con materiales

incombustibles, que dividen al edificio en zonas aisladas entre s, 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 relacin al riesgo que debe confinar. Sus aberturas sern las mnimas posibles, y estarn 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 prximas, etc., los muros deben sobresalir lo suficiente para cerrar el paso a las llamas.

compartimentacin verticalLas corrientes de conveccin que establecen los gases calientes (humos) del incendio, que ascienden rpidamente por cualquier conducto al que tengan acceso, son el objetivo de las barreras verticales resistentes al fuego. Aparte de las aberturas verticales tpicas (cajas ascensores, huecos escaleras, etc.) se debe prestar especial atencin a los conductos empotrados y no previstos para la conduccin 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 ms comunes se analizan a continuacin:

cortafuegos en conductoEn todos los conductos citados anteriormente y en especial donde atraviesan muros, se debe disponer estratgicamente amortiguadores de fuego o cortafuegos que impidan el flujo de humos a travs.

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.

entrepisoEs 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 caractersticas esperadas para el incendio. Tiene una doble misin: impedir el desarrollo vertical del fuego e im-

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

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

Anlisis 119

de los edificios prximos, alcanzan las ventanas de la parte superior, cuyos cristales rompen y permiten la penetracin de las llamas en el interior. Si hay combustibles en su proximidades, la propagacin est 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 metlico y montar vidrio armado que, aunque se rompen, no dejan huecos a las llamas. Una proteccin 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).

proteccin al fuego de estructuras metlicas

Anlisis

Muchas estructuras portantes metlicas de los edificios en la actualidad estn constituidas por perfiles normalizados

de acero (aleacin de hierro y carbono) con una elevada capacidad para absorber las demandas mecnicas. La accin 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 prdida de la estabilidad de la estructura. La temperatura a partir de la cual aparece el fenmeno 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 trmica del acero. A partir de una temperatura de 250 C, se modifican la resistencia y el limite elstico del acero. A partir de una temperatura de 538 C (denominada temperatura critica) la cada de la resistencia es muy acusada, con lo que la estructura no puede soportar la carga de diseo. Otro efecto negativo es la dilatacin producida en los elementos que constituyen la estructura, aumen-

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

ejemplos de aplicaciones de firestoppingrejilla intumescenteSon componentes industriales adecuados para reas que requieren ventilacin pero que tienen que protegerse contra el fuego y se colocan en conductos de ventilacin de aire, puertas cortafuego, muros. Su sellado contra fuego tiene una resistencia al fuego y al humo de hasta 4 horas.

sacos intumescentesSon productos de la industria que actan como sellado resistente al fuego, eficiente y prctico, que permite cambiar las instalaciones en un paso de sector de incendios, tantas veces como sea preciso. Es posible as una reinstalacin del sellado sin sobrecosto ni disminucin de eficacia con una resistencia al fuego de hasta 3 horas.

120

FigUra 5 sacos intUMescentes

FigUra 6 rejilla intUMescente

Estructuras de acero en situacin de incendioValdir Pignatta e Silva Profesor Doctor de la Escuela Politcnica de la Universidad de Sao Paulo, Brasil.

Seguridad contra incendioLos objetivos fundamentales de la seguridad contra incendio son minimizar el riesgo de vida y reducir prdidas patrimoniales. Entindase como riesgo de vida la exposicin severa a humos o calor de los usuarios de edificios y, a menor nivel, el desprendimiento y la cada de elementos constructivos sobre los habitantes o los equipos de combate de incendio. La principal causa de muerte en incendios es la exposicin a los humos txicos que se pre-

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

incendio, exigen mayor seguridad y verificacin del comportamiento de la estructura frente a incendios. La prdida patrimonial es la destruccin parcial o total de la edificacin, de los contenidos y terminaciones del edificio siniestrado. No basta identificar el posible dao que el fuego causa a la propiedad, sino que por razones econmicas tambin es necesario evaluar la magnitud del dao que puede ser considerado tolerable a fin de minimizar los costos mediante dispositivos de seguridad (Figura 1).

Anlisis 121

Prdidas patrimoniales ($)

prdidas patrimoniales + costo de proteccin

prdidas patrimoniales

Figura 1- CoSto de La proteCCin Contra inCendio

122

El nivel de seguridad patrimonial debe ser definido por el propietario del inmueble. Los cdigos y normas generalmente estipulan el nivel mnimo 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 (deteccin de calor o humo, rociadores, brigada contra incendio, etc.) y de medios pasivos (resistencia al fuego de las estructuras, compartimentacin, 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 hidrulico, elctrico y arquitectnico. Actualmente se reconoce que esta consideracin tambin debe ser parte del proyecto de estructuras de edificaciones de gran tamao o riesgo, en vista de que los materiales estructurales pierden su capacidad de resistencia en situaciones de incendio. Los pases desarrollados consideran que la seguridad contra incendio es una ciencia que se estudia, acepta y aplica. La ingeniera 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 pases en desarrollo poco se aplican los mtodos cientficos de seguridad contra incendio que conducen a soluciones seguras y econmicas.

La ingenieria de seguridad contra incendiosLa seguridad contra incendios (Fire Safety Engineering) permite demostrar con precisin si la estructura de acero requiere o no requiere revestimiento contra incendio, y si es utilizado, cmo minimizar su costo. Esa rea aplicada a la ingeniera estructural es conocida como Ingeniera de Estructuras en Situacin de Incendio (Structural Fire Engineering) y para su aplicacin es imprescindible el uso de software. An no existe un software que rena toda la tecnologa 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 continuacin, aunque el problema puede ser analizado en forma parcial realizando tan slo algunas de esas etapas. La decisin la debe tomar el ingeniero especializado en diseo de estructuras en situacin de incendio:

Determinacin del tiempo de evacuacin. Existen programas de software que modelan matemticamente 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 Bretaa). Determinacin de la potencia trmica (Heat Release Rate) o del campo

de la temperatura que acta sobre las estructuras. Existe programas computacionales que modelan matemticamente los gases en trminos estequiomtricos, trmicos y cinticos en funcin del escenario del incendio, o sea, dimensiones de compartimiento, geometra de las aperturas al ambiente externo, cantidad, posicin y tipo de materiales combustibles, etc. Estos se dividen en dos familias: los que utilizan la dinmica de fluidos computacional (CFD) va modelos de campo (field models) o los ms sencillos que dividen el compartimiento en dos o ms zonas de calor (zone model). Entre los primeros estn el SMARTFIRE (Universidad de Greenwich) y JASMINE (BRE Building Research Establishment de Gran Bretaa). Entre los otros estn: BRANZFIRE (Building Research de Nueva Zelanda), CFAST (NIST - Nacional Institute of Standards and Technology de Estados Unidos), y OZONE (Universidad de Lieja). Para la determinacin del campo de temperaturas en elementos de acero existe software que emplea el anlisis trmico no lineal sobre la base de los conceptos de conveccin, radiacin y conduccin para determinar la distribucin real de la temperatura en el elemento estudiado. Entre ellos est SUPERTEMPCALC (Flight Safety Design de Lund, Suecia), TASEF (SP - Instituto Nacional de Ensayos e Investigacin de Lulea, Suecia) y THELMA (BRE - Building Research Establishment de Gran Bretaa). Para el anlisis estructural hay programas computacionales que permiten estudiar el comportamiento de las estructuras en incendio considerando la no linealidad geomtrica y el material, la variacin de las propiedades mecnicas con la temperatura, el efecto de las deformaciones trmicas, etc. Este es el caso de SAFIR (Universidad de Lieja), ADAPTIC (Imperial Collage, Gran Bretaa) y VULCAN (Universidad de Sheffield).

Anlisis

Algunos de estos programas realizan ms de una de las etapas mencionadas anteriormente. SAFIR tambin hace el anlisis trmico 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 especficamente para la situacin de incendio, pero que permite realizar anlisis trmicos y estructurales a altas temperaturas, siempre que hayan sido programados en debida forma. Entre stos estn ANSYS, DIANA, ABAQUS, y ADINA. Ms informacin sobre ingeniera de estructuras en situacin 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 Ingeniera de Estructuras en Situacin de Incendio permiti llegar a soluciones econmicas. Tambin sugerimos la lectura de las publicaciones del SCI - Steel Construction Institute (www. steel-sci.org) y como iniciacin al tema recomendamos el libro de Drysdale Fire Safety Engineering (2000). Este ltimo texto tiene la finalidad de aclarar los problemas asociados a la seguridad de estructuras de acero en situacin de incendio y comentar los conceptos contenidos en los medios tradicionales y en los cientficamente avanzados para satisfacer las exigencias de seguridad. Los smbolos empleados en este texto se definen cuando aparecen por primera vez.

Figura 2- VariaCin de La reSiStenCia de LoS materiaLeS en FunCin de La temperatura

Figura 3- VariaCin deL mduLo de eLaStiCidad de LoS materiaLeS en FunCin de La temperatura

Comportamiento de los materiales estructurales en incendiosEs sabido desde el siglo XIX, cuando comenzaron a construirse edificios de pisos mltiples en acero, que stos sufren una re-

Anlisis 123

duccin de su resistencia con el aumento de la temperatura. En esa poca se usaba el concreto como material de revestimiento del acero sin funcin estructural pero con mucho espesor, ya que el concreto no era un aislante ideal. Aos ms tarde, el concreto, adems de revestimiento, tambin se aprovech como elemento estructural, trabajando conjuntamente con el acero para resistir esfuerzos. Entonces surgieron las estructuras mixtas de acero y concreto. Ms tarde se inici la construccin de edificios de pisos mltiples de hormign armado. Al comienzo no se supona que el concreto armado tambin podra tener problemas a altas temperaturas. Morch (1948), en un artculo interesante advirti sobre la necesidad de estudiar las estructuras de hormign 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 mampostera estructural (EC6, 2005) y de aluminio (EC9, 1998) en situacin de incendio se reduce por degeneracin de las propiedades mecnicas de los materiales (Figuras 2 y 3) o por la reduccin del rea resistente. El acero y el aluminio sometidos a altas temperaturas sufren una reduccin de su resistencia y de su mdulo de elasticidad. El concreto adems de una reduccin de resistencia pierde rea resistente debido al spalling. La compartimentacin del edificio es una medida fundamental de proteccin pasiva para evitar la propagacin, minimizando as las consecuencias del incendio. El rea mxima de compartimentacin la establecen generalmente los cdigos o normas. La resistencia al fuego es la propiedad de un elemento de construccin de resistir la accin del fuego durante un determinado peEl spalling es un desportillamiento de la superficie del concreto debido a la presin 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 percolacin del agua. El spalling reduce el rea resistente del concreto y expone la armadura al fuego (Figura 4).Figura 4- SpaLLing en piLar de ConCreto

124

Anlisis

Los elementos de madera sufren la carbonizacin de la superficie expuesta al fuego reduciendo el rea resistente (Figura 5) y realimentando el incendio. Por otra parte, la regin central recibe la proteccin que le proporciona la capa carbonizada con la resultante baja reduccin de su resistencia.

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

el incendioEl aumento de la temperatura de los elementos estructurales en los incendios se debe al flujo de calor por conveccin y radiacin 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 conveccin lo genera la diferencia de densidad entre los gases del ambiente en llamas. Los gases calientes son menos densos y tienden a ocupar la atmsfera superior, mientras que los gases fros de densidad mayor tienden

Figura 6- ConVeCCin en eL CurSo de un inCendio

CONSTRUCCION_METALICA_COLOMBIA2

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