BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE INGENIERÍA

COLEGIO DE INGENIERÍA CIVÍL

MATERIA: DHTIC

TEMA: ESTRUCTURA DE LOS RASCACIELOS (ENSAYO)

PROFESORA: GABRIELA YAÑEZ PEREZ

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

MANTILLA GONZÁLEZ JUAN ALBERTO

SÁNCHEZ JUÁREZ JOSÉ GERMAN

MONTIEL ROSALDO EDUARDO

PERIODO: OTOÑO 2013

ESTRUCTURA DE LOS RASCACIELOS

Si bien sabemos, un rascacielos es una obra de gran magnitud, caracterizado

principalmente por contener un gran numero de plantas o pisos, o bien, son

denominados rascacielos aquellos edificios que destacan por su altura

comparándolos con los que se encuentran a su alrededor.

Los rascacielos como grandes obras que son, debido a su magnitud, implican

ciertos riesgos al estarlos construyendo, esto debido a su gran tamaño y todo el

peso en general que la obra estará dispuesta a soportar. Para solucionar dichos

riesgos o para evitarlos se debe de optimizar con la mejor solución, esto en

beneficio de dicha obra y para lograr así su estabilidad.

El diseño de cualquier elemento o de un sistema estructural implica responder dos

preguntas: ¿El elemento es resistente a las cargas aplicadas? y ¿Tendrá la

suficiente rigidez para que las deformaciones no sean excesivas e inadmisibles?

Las respuestas a estas preguntas implican el análisis de la resistencia y rigidez de

una estructura, aspectos que forman parte de sus requisitos. Estos análisis

comienzan por la introducción de nuevos conceptos que son el esfuerzo y la

deformación, aspectos que serán definidos a continuación (Salvadori y Heller,

1998; Timoshenko y Young, 2000).

Esfuerzo:

Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que

se distribuyen en toda el área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por

unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro

que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que establece una base

común de referencia.

Deformación:

La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar

o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura

cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor

importancia. El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la

forma de la estructura que generan las cargas aplicadas.

Una estructura es el sistema material encargado de transmitir todas las acciones

de peso propio, utilización y accidentales desde las distintas partes de la

construcción hasta la cimentación.

Por lo tanto, la estructura de los rascacielos como tal, juega un papel muy

importante y básicamente el principal, esto para lograr asegurar adecuadamente

los tres aspectos básicos de la misma, los cuales son:

Resistencia

Rigidez

Estabilidad

Entendemos por Resistencia, la mayor o menor capacidad de una estructura para

oponerse a la rotura. La Rigidez representa la mayor o menor capacidad de dicha

estructura para oponerse a la deformación; en tanto que la Estabilidad define la

capacidad de esta, para mantener su condición original de equilibrio.

Estos tres aspectos constituyen los pilares del Diseño Estructural ya que la

pérdida de cualquiera de ellos conduciría a la misma o incluso al estado de

colapso.

Es por ello la importancia de saber deducir opciones múltiples que pueden

encontrarse para la solución de un problema de este tipo, es importante poner

especial atención en este tema, y es principalmente labor del ingeniero hacerlo

adecuadamente, pues es él quien tiene todo este peso sobre sus manos, al ser la

persona que esta dirigiendo la obra, por lo tanto esta en su responsabilidad lograr

una estructura y una construcción, satisfactoria, viable y sobretodo logrando la

seguridad, esto para el bien de la construcción, así como para la sociedad misma.

El diseño de estructuras implica obtener dimensiones de elementos que sean

tanto económicos como seguros durante la vida de la estructura. Para ello se

emplea el término estado límite el cual según las nuevas especificaciones puede

estar relacionado con la pérdida de la capacidad de carga o con el deterioro

gradual que hace que la estructura no cumpla con la función asignada o con la

fatiga del material. El concepto de estado límite permite establecer un enfoque

más racional al problema de la seguridad estructural al emplear la estadística

como medio para analizar la variabilidad de la magnitud de la cargas así como de

las propiedades de los materiales. Siendo el diseño seguro de un elemento la

relación entre los efectos de las cargas multiplicados por un factor que deben ser

menores a la resistencia del material disminuida (Galambos, Lin y Johnston, 1999;

Nowak y Collins, 2000; Popov, 1996; Segui, 2000; Timoshenko y Young, 2000).

Con todo esto, cabe mencionar que es de suma importancia, llevar cierto control

de calidad en una obra al momento de estarla ejecutando, incluso antes de que

esta se inicie, esto para garantizar que lo que se va a realizar, realmente

funcionara y se hará con los objetivos previstos desde un principio, asegurando

así un buen proyecto. Si bien sabemos, al realizar esto no quiere decir que la

construcción no pueda presentar errores durante su ejecución, ya que las fallas

pueden llegar a presentarse en cualquier momento, y es por eso precisamente

que un ingeniero debe de estar muy bien preparado para tener la capacidad de

buscar la solución mas optima para cualquier tipo de problema en cuanto a la

estructura.

Todas las incidencias que pueden hacerse presentes en una estructura, no

precisamente se les puede llamar errores, si bien pueden ser fallas que impliquen

un costo mas elevado del que se tenia previsto para la obra; esto para darles

solución, son mas bien nuevas formas de aprender para los trabajadores,

analizando este tipo de situaciones, ayudara posteriormente a tratar de la mejor

manera para evitar que ese mismo problema se repita, asegurando así una mejor

ejecución, y de esta forma ir creciendo cada vez mas en cuanto a los

conocimientos de una estructura que pueden adquirirse en estos casos, desde

que se planea hasta que se ejecuta o se lleva a la practica profesional, buscando

siempre desempeñarse de la mejor manera para lograr un trabajo plenamente

satisfactorio.

Además de todo esto, en cuanto al control de calidad, también deben incluirse o

debe llevarse a cabo un control de todos los materiales a utilizar para una

estructura y de las herramientas a utilizar, esto para llevar un control mas

completo, por decirlo de una manera y así empezar con la construcción de la

mejor manera, ofreciendo un mejor servicio.

En la construcción de rascacielos, resulta una buena manera el modo en que se

aprovecha el suelo, pues es debido a su alto costo por lo cual principalmente se

decide realizar estas gigantescas obras de gran impacto, y es de gran ventaja,

puesto que de cierta manera, no afectan tanto al medio ambiente, en el sentido de

que es solamente en una determinada área en la cual se realiza la construcción,

sin necesidad de abarcar un gran espacio de terreno para no afectar tanto a este

mismo, como a la flora que se pueda encontrar ahí mismo.

En cuanto a los problemas que pueda presentar una obra en su estructura, éstos

son causados principalmente por la naturaleza misma, esto cuando ocurren

sismos o fuertes vientos que desequilibran la carga del edificio, ocasionando así

serias deformaciones, aunque por otro lado, esto también en algunas ocasiones

es debido a los materiales utilizados, al no saber empelarlos de la manera correcta

o al utilizar material de baja calidad, o bien se debe a la forma en que se ejecuta la

obra, la cual no es la correcta. Todo esto lleva a un fallo en la construcción que

trae consigo una serie de subproblemas a los cuales hay que saber afrentarse

para repararlos de la mejor manera posible. Por ello mismo la importancia de

poner especial atención en la estructura de ciertas obras, pues es esta misma la

base principal, la que esta destinada a soportar un gran peso el cual se encuentra

distribuido en varios puntos de la construcción.

De esta misma forma, al saber emplear correctamente los materiales y sabiendo

utilizar los que sean de mejor calidad, aunque éstos tengan un mayor costo, pero

realizando toda la ejecución llevando un cierto control, esto permite llegar a un

muy buen resultado, cuidando siempre y no perdiendo de vista la estabilidad de la

obra.

Existen varias técnicas empleadas en las estructuras para lograr obras más

estables y seguras, estas técnicas se distinguen y cada una tiene la capacidad de

ayudar a equilibrar de una manera las cargas, logrando un mayor soporte en la

estructura. Un ejemplo son las formas verticales: sistemas estructurales que

recogen las cargas de los pisos horizontales colocados uno encima del otro y las

transmiten verticalmente a los apoyos.

Este tipo de estructuras son usadas efectivamente en los modernos rascacielos

que ya sobrepasan los 100 pisos de altura. Los sistemas de tubo, cercha vertical,

tubo en tubo, núcleo-pantalla y combinaciones de ellos, son los sistemas que

permiten soportar las grandes exigencias de los fuertes vientos y sismos en

edificaciones en altura, y es esta la forma precisamente, la que se busca para

hacer grandes estructuras de un buen soporte.

El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del

material estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una

barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la

fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el

esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de

esfuerzo y deformación.

Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general

permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines

que se denominan materiales dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de

materiales dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes

deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presenta un

alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura (Beer y Johnston, 1993;

Popov, 1996; Singer y Pytel, 1982).

Siendo la estabilidad lateral de un rascacielos un componente principal de la

edificación, esto debido a su altura y las acciones horizontales de viento y sismo,

para soportar las cargas y lograr su estabilidad se requiere una masa considerable

en la sección de los apoyos o columnas, que reduce la disponibilidad

arquitectónica de la planta del edificio.

La construcción de un edificio alto requiere de un trabajo en equipo muy

cuidadoso, pues además de las consideraciones del sistema estructural para

soportar las fuerzas horizontales y las necesidades arquitectónicas, estos

contienen grandes y costosos sistemas verticales de transporte de personas, y

sistemas eléctricos y mecánicos de suministro de energía, de comunicación,

información, enfriamiento y/o calefacción, que requieren grandes alturas de

entrepiso para poder disponer de ellos fácilmente, durante la construcción, y su

mantenimiento posterior.

Además de la ubicación de los sistemas electromecánicos antes mencionados,

deben tenerse en cuenta factores tales como: el sistema estructural, adecuado

para soportar las acciones horizontales, el área de cada piso, la altura total del

edificio (número de pisos), la altura del entrepiso (que permita disminuir las

congestiones de ductos para servicios), las luces (los arquitectos siempre buscan

grandes luces, para tener espacios más libres y flexibles), los materiales

estructurales y no estructurales.

Existe, tecnológicamente hablando, la posibilidad de construir edificios de 1000 m

de altura. Sin embargo, los problemas de concentrar 20.000 o 30.000 personas en

un espacio tan reducido, los nuevos problemas del ``terrorismo´´, y las dificultades

para lograr un comportamiento social satisfactorio, hacen que aún sea un reto esta

idea, de la cual ya hay proyectos.

Con los atentados que se han visto en las grandes edificaciones, la planeación y

diseño de estas enormes construcciones efectivamente debería cambiar. La

problemática creada hace difícil que estas construcciones sean atractivas en el

futuro. Sin embargo, siempre existirán soluciones que recogerán experiencias

anteriores en el uso de materiales y en los sistemas estructurales.

Suelen encontrarse múltiples rascacielos agrupados en las zonas comerciales o

residenciales de grandes ciudades, donde el valor del suelo es elevado. Sin

embargo, en el caso de los grandes rascacielos, la motivación económica suele

ser en realidad inexistente, pues el exceso de altura conlleva gastos todavía

mayores. En estos casos la motivación es puramente publicitaria, ya que estos

grandes edificios, en especial si logran la etiqueta de "edificio más alto" (de la

ciudad o país), adquieren relevancia y notoriedad, y dotan de una imagen de

poder y bonanza económica a sus propietarios.

La principal ventaja de los rascacielos es la de obtener una gran cantidad de

superficie útil en un espacio de suelo reducido. Este suele ser el motivo por el que

los promotores inmobiliarios deciden emprender este tipo de obras, ya que la

posibilidad de vender o alquilar una gran cantidad de viviendas u oficinas suele

compensar el enorme coste de construir estos edificios.

La razón por la que las empresas tienden a agruparse en estos edificios es que la

concentración de personas y servicios en un área reducida permite una mayor

eficiencia económica. La concentración de sus empleados en un único edificio

permite a las empresas obtener un mayor rendimiento, ya que se hacen

innecesarios los viajes o los envíos por correo o por servicios de mensajería. Por

las mismas razones, la concentración de un número elevado de empresas facilita

los intercambios entre ellas. Esto, por supuesto, podría hacerse en edificios de

menor tamaño, pero los rascacielos permiten que esto se dé en el centro de las

grandes ciudades, donde los medios de transporte público facilitan el acceso a

empleados y clientes.

Además, esta concentración permite la utilización de medios de transporte público

como el metro en lugar del automóvil o el autobús, con lo que esto supone en la

reducción de contaminación atmosférica. Relacionado con lo anterior, los medios

de transporte verticales (ascensores y escaleras mecánicas) son más eficientes

que los medios de transporte horizontales (automóviles, autobuses). De esta

forma, el consumo energético derivado del transporte se reduce.

Con todo esto, finalmente, es indispensable en el control de calidad revisar

adecuadamente cada punto que conlleve a la realización de una estructura de

calidad, en la cual se vera reflejado todo el arduo trabajo y esfuerzo de un gran

numero de personas que colaboran todos juntos, trabajando en equipo, a fin de

lograr las metas u objetivos propuestos desde el inicio de la planeación de una

impactante obra como lo es la construcción de rascacielos.

Hacer este tipo de construcciones no es nada fácil para quienes laboran durante

su ejecución, es una gran responsabilidad la que esta en sus manos, y es a través

de las capacidades y destrezas con las que se cuenta, por medio de las cuales se

llega finalmente a un resultado requerido satisfactoriamente, siempre obedeciendo

a las normas de construcción en cada obra y buscando de igual forma mejorar

cada vez mas esas destrezas para tratar de ser cada día mejores en cuanto al

desempeño en el campo laboral.

REFERENCIAS:

Beer, F. y Johnston, E. (1993). Mecánica de materiales. Santafé de Bogotá,

Colombia: McGraw-Hill Interamericana, S.A.

Popov, E. (1996). Introducción a la mecánica de sólidos. México, D.F., México:

Editorial Limusa, S.A. de C.V.

Segui, W. (2000). Diseño de estructuras de acero con LRFD. México, D.F.,

México: Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V.

Remacha, Mikel. ``Control de Calidad de un Rascacielos´´. Universidad Carlos III

de Madrid.

Hilberseimer, Ludwig. La Arquitectura De La Gran Ciudad. Barcelona: Gustavo

Gili, 1979.