¿Qué Define un Rascacielos? Perspectiva del Arquitecto T.J. Gottesdiener

Antecedentes

No hay definición precisa de cuántos pisos o qué altura hace a un edificio un rascacielos. "No creo que sean los pisos que tienes. Creo que es actitud", dijo el arquitecto T.J. Gottesdiener al Christian Science Monitor. Gottesdiener, socio en Skidmore, Owings & Merrill, diseñadores de numerosos edificios altos incluyendo la Torre Sears en Chicago, continuó: "¿Qué es un rascacielos? Es cualquier cosa que te hace parar, quedarte quieto, echar la cabeza atrás y mirar hacia arriba."

Algunos observadores aplican "rascacielos" a edificios de al menos 20 plantas. Otros reservan el término para estructuras de al menos 50. Pero es ampliamente aceptado que rascacielos encaja en edificios con 100 o más plantas. Con 102 plantas, la altura ocupada del Empire State Building en Nueva York alcanza 373 m, y su aguja —la parte cónica sobre el techo— se eleva otros 70 m. Solo 25 edificios en el mundo superan 300 m de altura, contando agujas pero no antenas encima de ellas.

La estructura autoportante más alta del mundo es la Torre CN en Toronto, Canadá, a 553 m; construida para sostener antena de televisión, la torre no está diseñada para ocupación humana, salvo restaurante y mirador a 335 m. La estructura ocupada más alta son las Torres Petronas en Kuala Lumpur, Malasia, a 452 m incluyendo agujas. La Torre Sears en Chicago ostenta el nivel ocupado más alto; el techo de su planta 110 está a 443 m.

En algunos aspectos, los súper-edificios no son prácticos. Es más barato construir dos edificios de media altura que uno muy alto. Los promotores deben encontrar inquilinos para enormes espacios en una ubicación; por ejemplo, la Torre Sears encierra 415.000 m². Por otro lado, promotores en ciudades congestionadas deben aprovechar al máximo el suelo limitado. No obstante, la decisión de construir un edificio dramáticamente alto suele basarse no en economía, sino en deseo de atraer atención y ganar prestigio.

Historia

Varios avances tecnológicos a finales del XIX combinaron para hacer posible diseño y construcción de rascacielos. Entre ellos: capacidad de producir acero en masa, invención de ascensores seguros y eficientes, y desarrollo de técnicas mejoradas para medir y analizar cargas y tensiones estructurales. En los años 20 y 30, el desarrollo se impulsó más con invención de soldadura por arco eléctrico y bombillas fluorescentes (su luz brillante permitía trabajar lejos de ventanas y generaban menos calor que incandescentes).

Tradicionalmente, los muros de un edificio soportaban la estructura; cuanto más alto, más gruesos debían ser los muros. Un edificio de 16 plantas en Chicago en 1891 tenía muros de 1,8 m de grosor en la base. La necesidad de muros muy gruesos se eliminó con la invención de construcción de estructura de acero, donde un esqueleto rígido de acero soporta el peso del edificio, y los muros exteriores solo cuelgan del marco casi como cortinas. El primer edificio en usar este diseño fue el Home Insurance Building de 10 plantas, construido en Chicago en 1885.

El Woolworth Building de 242 m, erigido en Nueva York en 1913, combinó primero todos los componentes de un verdadero rascacielos. Su esqueleto de acero se alzaba sobre cimiento apoyado en pilares de hormigón extendidos hasta roca madre (capa de roca sólida capaz de soportar el edificio), su estructura estaba arriostrada para resistir fuerzas de viento esperadas, y sus ascensores de alta velocidad proveían servicio local y express a sus 60 plantas.

En 1931, el Empire State Building se alzó en Nueva York como un signo de exclamación de 381 m. Permaneció el edificio de oficinas más alto del mundo por 41 años. Para 2000, solo otros seis edificios en el mundo superaban su altura.

Materias Primas

El hormigón armado es un componente importante de rascacielos. Consiste en hormigón (mezcla de agua, cemento y árido de grava o arena) vertido alrededor de una rejilla de varillas de acero (llamado refuerzo) que fortalece el hormigón seco contra flexión por viento. El hormigón es intrínsecamente fuerte bajo fuerzas compresivas; sin embargo, el enorme peso proyectado de las Torres Petronas llevó a diseñadores a especificar un nuevo tipo de hormigón más del doble de fuerte que el usual. Este material de alta resistencia se logró añadiendo partículas muy finas a los ingredientes usuales; el área de superficie aumentada de estas partículas minúsculas produjo un enlace más fuerte.

La otra materia prima primaria es el acero, aleación de hierro y carbono. Edificios cercanos a menudo limitan espacio para actividad de construcción y almacenamiento de suministros, así que vigas de acero de tamaños y formas especificadas se entregan al sitio justo cuando se necesitan para colocación. Antes de entrega, las vigas se recubren con mezcla de yeso y vermiculita (mica expandida por calor formando partículas esponjosas) para protegerlas de corrosión y calor. Tras soldar cada viga, las uniones frescas se rocían con el mismo recubrimiento. Una capa adicional de aislamiento, como lana de fibra de vidrio cubierta con papel de aluminio, puede envolverse luego alrededor de las vigas.

Para maximizar las mejores cualidades de hormigón y acero, a menudo se usan juntos en construcción de rascacielos. Por ejemplo, una columna de soporte puede formarse vertiendo hormigón alrededor de una viga de acero.

Variedad de materiales cubren el esqueleto del rascacielos. Conocidos como "revestimiento" (cladding), las láminas que forman muros exteriores pueden consistir en vidrio, metales como aluminio o acero inoxidable, o materiales de mampostería como granito, mármol o caliza.

Diseño

Ingenieros de diseño traducen la visión del arquitecto en plan detallado que será estructuralmente sólido y posible de construir.

Diseñar un edificio de poca altura implica crear estructura que soporte su propio peso (carga muerta) y el peso de personas y muebles que contendrá (carga viva). Para un rascacielos, la fuerza lateral del viento afecta la estructura más que el peso del edificio y contenidos. El diseñador debe asegurar que el edificio no volcará por viento fuerte, y que no se balanceará lo suficiente para causar incomodidad física o emocional a ocupantes.

Cada diseño de rascacielos es único. Elementos estructurales mayores que pueden usarse solos o combinados incluyen: esqueleto de acero oculto tras muros cortina no portantes, esqueleto de hormigón armado relleno con paneles de revestimiento para formar muros exteriores, núcleo central de hormigón (columna hueca) lo bastante grande para contener pozos de ascensores y otros componentes mecánicos, y array de columnas de soporte alrededor del perímetro conectadas por vigas horizontales entre sí y al núcleo.

Como cada diseño es innovador, modelos de propuestos súper-edificios se prueban en túneles de viento para determinar efecto de vientos fuertes en ellos, y también efecto en edificios circundantes de patrones de viento causados por el nuevo edificio. Si pruebas muestran balanceo excesivo en vientos fuertes, los diseñadores pueden añadir dispositivos mecánicos que contrarresten o restrinjan movimiento.

Además de la superestructura, diseñadores deben planear sistemas mecánicos apropiados como ascensores que muevan gente rápida y cómodamente, sistemas de circulación de aire, y fontanería.

Proceso de Construcción

Cada rascacielos es estructura única diseñada para ajustarse a restricciones físicas impuestas por geología y clima, satisfacer necesidades de inquilinos, y cumplir objetivos estéticos del propietario y arquitecto. El proceso de construcción para cada edificio también es único. Los siguientes pasos dan idea general de técnicas más comunes.

La Subestructura

• 1. La construcción suele empezar excavando foso para cimiento. Profundidad depende de qué tan abajo esté la roca madre y cuántos niveles de sótano tendrá el edificio. Para prevenir movimiento de suelo circundante y sellar agua alrededor del sitio de cimiento, puede construirse muro pantalla antes de excavar foso. Esto se hace cavando zanja profunda y estrecha alrededor del perímetro del foso planeado; a medida que se cava, se rellena con bentonita (arcilla acuosa) para evitar colapso de sus paredes. Cuando una sección de zanja alcanza profundidad deseada, se baja una jaula de acero de refuerzo. Hormigón se bombea entonces a la zanja, desplazando la bentonita más ligera. La bentonita se recupera y reusa en otras secciones.
• 2. En algunos casos, la roca madre está cerca de la superficie. El suelo sobre la roca se remueve, y suficiente superficie de roca se remueve para formar plataforma lisa y nivelada para construir el cimiento. Zapatas (agujeros donde se anclan columnas de soporte) se perforan o barrenan en la roca. Columnas de acero o hormigón armado se colocan en las zapatas.
• 3. Si la roca madre está muy profunda, pilotes (vigas verticales) se hunden a través del suelo hasta incrustarse en la roca. Una técnica implica hincar pilotes de acero dejando caer repetidamente un peso pesado sobre sus tope. Otra implica perforar ejes a través del suelo hasta la roca, insertar varillas de refuerzo de acero, y luego rellenar ejes con hormigón.
• 4. Una plataforma de cimiento de hormigón armado se vierte sobre las columnas de soporte.

La Superestructura y Núcleo

Una vez en marcha la construcción, el trabajo en varias fases procede simultáneamente. Por ejemplo, cuando las columnas de soporte tienen varias plantas de altura, trabajadores comienzan construyendo pisos para plantas bajas. A medida que columnas suben, equipos de enlosado suben a plantas superiores, y equipos de acabado empiezan en niveles bajos. Superponer fases no solo usa el tiempo más eficientemente, sino que también asegura que la estructura permanezca estable durante construcción.

• 5. Si se usan columnas de acero y arriostrado cruzado, cada viga se iza en su lugar por grúa. Inicialmente la grúa está en suelo; luego puede posicionarse en el nivel más alto existente del esqueleto de acero. Trabajadores especializados atornillan o sueldan el extremo de la viga en su lugar (remaches no se usan desde los 50). La viga se envuelve con chaqueta aislante para evitar sobrecalentamiento y debilitamiento en caso de incendio. Como medida alternativa de protección contra calor en algunos edificios, las vigas de acero consisten en tubos huecos; al completar la superestructura, los tubos se llenan con agua, que circula continuamente durante la vida del edificio.
• 6. El hormigón se usa a menudo para construir el núcleo del edificio, y también puede usarse para columnas de soporte. Una técnica llamada "encofrado deslizante" (slip forming) es común. Encofrados de madera de forma deseada se fijan a marco de acero, conectado a gato trepador que agarra varilla vertical. Trabajadores preparan sección de acero de refuerzo más alta que los encofrados. Luego empiezan vertiendo hormigón en los encofrados. A medida que se vierte, el gato trepador eleva lenta y continuamente el encofrado. La composición de la mezcla de hormigón y la tasa de subida se coordinan para que el hormigón en el rango inferior del encofrado haya fraguado antes de que este se eleve por encima. A medida que el proceso continúa, los trabajadores extienden la rejilla de refuerzo que sobresale sobre el encofrado y añaden extensiones a la varilla vertical que agarra el gato trepador. Así, toda la columna de hormigón se construye como elemento vertical continuo sin juntas.
• 7. En edificio de esqueleto de acero, los pisos se construyen sobre capas de arriostrado horizontal. En otros diseños, los pisos se apoyan en vigas horizontales de acero unidas al núcleo y/o columnas de soporte. Losas de acero (paneles de acero delgado corrugado) se colocan sobre las vigas y se sueldan en su lugar. Una capa de hormigón, unos 5-10 cm de grosor, se vierte sobre las losas para completar el piso.

El Empire State Building.

El Empire State Building pretendía terminar la competición por el edificio más alto. Iba a tener 102 plantas, 381 m sobre las calles de Manhattan. Sus promotores, John J. Raskob y Pierre Samuel Du Pont, junto con el exgobernador Alfred E. Smith, anunciaron en agosto 1929 su intención de construir el edificio más alto del mundo. Escogieron la constructora Starrett Brothers and Eken, y la firma arquitectónica Shreve, Lamb, and Harmon con William F. Lamb como diseñador jefe. Se retrae desde la calle sobre la quinta planta y luego se eleva ininterrumpido más de 305 m hasta la planta 86. El exterior es piedra caliza y granito y columnas verticales de aleación cromo-níquel-acero se extienden desde la sexta planta hasta la cima. El edificio contenía 67 ascensores y 6.500 ventanas de vidrio, rematado con mástil de amarre de 61 m para dirigibles.

El Empire State Building se completó el 11 de abril de 1931, 12 días antes de lo previsto e inauguró oficialmente el 1 de mayo de 1931. Ocupó su lugar en la historia como el edificio más alto jamás construido, manteniendo el título más de 40 años. No fue hasta 1972, cuando las torres gemelas del World Trade Center de 411 m se completaron, que el Empire State fue superado en altura. El World Trade Center a su vez fue superado en 1974 por la Torre Sears en Chicago, que a 443 m se convirtió en el edificio más alto del mundo.

El Exterior

• 8. En la mayoría de edificios altos, el peso de la estructura y contenidos es soportado por columnas de soporte y el núcleo del edificio. Los muros exteriores meramente encierran la estructura. Se construyen fijando paneles de materiales como vidrio, metal y piedra al marco del edificio. Técnica común es atornillarlos a soportes angulares asegurados a losas de piso o columnas de soporte.

Acabado

• 9. Cuando una planta ha sido cerrada por muros exteriores, está lista para acabado interior. Esto incluye instalación de cables eléctricos, telefónicos, tuberías de fontanería, muros interiores, paneles de techo, accesorios de baño, iluminación, y sistemas de rociadores para control de incendios. También incluye componentes mecánicos como ascensores y sistemas de circulación, refrigeración y calefacción.
• 10. Cuando toda la superestructura se completa, la cima del edificio se termina instalando cubierta. Puede construirse como un piso, e impermeabilizarse con capa de caucho o plástico antes de cubrirse con capa atractiva resistente a intemperie de tejas o metal.

Control de Calidad

Varios factores se consideran en garantía de calidad. Por la enorme escala de rascacielos, un pequeño error de posicionamiento en la base se magnifica al extenderse al techo. Además de instrumentos topográficos normales, dispositivos inusuales como sensores GPS y miras de bombas de avión pueden usarse para verificar colocación y alineación de miembros estructurales.

Sensores de suelo alrededor del sitio detectan cualquier movimiento inesperado de tierra causado por actividad de construcción.

Subproductos y Residuos

La excavación del foso de cimiento y niveles de sótano requiere remover enormes cantidades de tierra. Cuando las torres de 110 plantas del World Trade Center se construyeron en Nueva York a principios de los 70, más de 765.000 m³ de suelo y roca se removieron y vertieron en el río Hudson para crear 95.100 m² de nueva tierra, sobre la que luego se construyó otro rascacielos.

El Futuro

Se han desarrollado planes para varios nuevos rascacielos que romperían récords de altura. Por ejemplo, un edificio de 108 plantas en 7 South Dearborn Street en Chicago, esperado para 2004, tendrá 473 m de altura. Proporcionará 174.000 m² de espacio en un solar de solo 61 m cuadrados.

En 1956, el arquitecto Frank Lloyd Wright anunció planes para un rascacielos de 1,6 km de altura donde 100.000 personas podrían trabajar. En 1991, el arquitecto Dr. Eugene Tsui diseñó un edificio de 3,22 km que daría espacio para vivir, trabajar y recreo a 1.000.000 de personas. Aunque tales edificios puedan ser teóricamente construibles, son actualmente imprácticos. Por ejemplo, niveles de confort humano limitan velocidades de ascensor a no más de 915 m/min. Para acomodar 100.000 personas en la estructura propuesta por Wright, el número de pozos de ascensor ocuparía demasiado gran porción del área del edificio.

Mejoras en tecnología de ascensores serán importantes para futuros diseños de rascacielos. Coches de ascensor auto-propulsados sin cables que se muevan horizontal y verticalmente se han propuesto, pero aún en desarrollo. Sistemas de despacho computarizados usando lógica difusa podrían refinarse para transportar gente más eficientemente agrupando pasajeros con destinos cercanos.