Rascacielos

Antecedentes

No existe una definición precisa de cuántos pisos o qué altura hace que un edificio sea un rascacielos. "No creo que sea cuántos pisos tienes. Creo que es actitud", dijo el arquitecto T. J. Gottesdiener al Christian Science Monitor. Gottesdiener, socio de la firma Skidmore, Owings &Merrill, diseñadores de numerosos edificios altos, incluida la Torre Sears en Chicago, Illinois, continuó:"¿Qué es un rascacielos? Es cualquier cosa que te haga detenerte, pararte, estirar el cuello hacia atrás y mira hacia arriba ".

Algunos observadores aplican la palabra "rascacielos" a edificios de al menos 20 pisos. Otros reservan el plazo para estructuras de al menos 50 pisos. Pero está ampliamente aceptado que un rascacielos se adapta a edificios de 100 o más pisos. Con 102 pisos, la altura ocupada del Empire State Building en Nueva York alcanza los 1.224 pies (373 m), y su aguja, que es la parte cónica sobre el techo de un edificio, se eleva otros 230 pies (70 m). Solo 25 edificios en todo el mundo superan los 300 m (1000 pies), contando sus agujas, pero no las antenas que se elevan por encima de ellas.

La estructura independiente más alta del mundo es la CN Tower en Toronto, Canadá, que se eleva a una altura de 1.815 pies (553 m); Construida para soportar una antena de televisión, la torre no está diseñada para la ocupación humana, excepto por un restaurante y una plataforma de observación encaramada a 335 m (1,100 pies). La estructura ocupada más alta del mundo son las Torres Gemelas Petronas en Kuala Lumpur, Malasia, que alcanzan una altura de 452 m (1483 pies), incluidas las torres. La Torre Sears en Chicago cuenta con el nivel de ocupación más alto; el techo de su piso 110 tiene una altura de 443 m (1,453 pies).

De alguna manera, los edificios súper altos no son prácticos. Es más barato construir dos edificios de media altura que uno muy alto. Los desarrolladores deben encontrar inquilinos para grandes cantidades de espacio en un solo lugar; por ejemplo, la Torre Sears incluye 4.5 millones de pies cuadrados (415,000 metros cuadrados). Por otro lado, los desarrolladores de ciudades abarrotadas deben hacer el mayor uso posible de cantidades limitadas de tierra disponible. No obstante, la decisión de construir un edificio espectacularmente alto no suele basarse en la economía, sino en el deseo de llamar la atención y ganar prestigio.

Historial

Varios avances tecnológicos ocurrieron a fines del siglo XIX que se combinaron para hacer posible el diseño y la construcción de rascacielos. Entre ellos se encontraban la capacidad de producir acero en masa, la invención de ascensores seguros y eficientes y el desarrollo de técnicas mejoradas para medir y analizar cargas y tensiones estructurales. Durante las décadas de 1920 y 1930, el desarrollo de los rascacielos se vio impulsado aún más por la invención de la soldadura por arco eléctrico y las bombillas fluorescentes (su luz brillante permitía a las personas trabajar más lejos de las ventanas y generaba menos calor que las bombillas incandescentes).

Tradicionalmente, las paredes de un edificio sostenían la estructura; cuanto más alta era la estructura, más gruesas tenían que ser las paredes. Un edificio de 16 pisos construido en Chicago en 1891 tenía paredes de 6 pies (1,8 m) de espesor en la base. La necesidad de paredes muy gruesas se eliminó con la invención de la construcción con estructura de acero, en la que un esqueleto de acero rígido soporta el peso del edificio y las paredes exteriores simplemente se cuelgan del marco casi como cortinas. El primer edificio en utilizar este diseño fue el edificio Home Insurance Company de 10 pisos, que se construyó en Chicago en 1885.

El edificio Woolworth de 792 pies (242 m) de altura, erigido en la ciudad de Nueva York en 1913, combinó por primera vez todos los componentes de un verdadero rascacielos. Su esqueleto de acero se levantó de una base sostenida sobre pilares de concreto que se extendían hasta el lecho de roca (una capa de roca sólida lo suficientemente fuerte como para sostener el edificio), su marco estaba reforzado para resistir las fuerzas del viento esperadas y sus elevadores de alta velocidad proporcionaban tanto locales como Servicio express a sus 60 pisos.

En 1931, el Empire State Building se elevó en la ciudad de Nueva York como un signo de exclamación de 381 m (1.250 pies). Seguiría siendo el edificio de oficinas más alto del mundo durante 41 años. Para el año 2000, solo otros seis edificios en el mundo superarían su altura.

Materias primas

El hormigón armado es un componente importante de los rascacielos. Consiste en concreto (una mezcla de agua, cemento en polvo y agregado que consiste en grava o arena) vertido alrededor de una rejilla de varillas de acero (llamada barra de refuerzo) que fortalecerá el concreto seco contra el movimiento de flexión causado por el viento. El hormigón es inherentemente fuerte bajo fuerzas de compresión; sin embargo, el enorme peso proyectado de las Torres Petronas llevó a los diseñadores a especificar un nuevo tipo de hormigón que era más del doble de fuerte de lo habitual. Este material de alta resistencia se logró agregando partículas muy finas a los ingredientes habituales del concreto; el área de superficie aumentada de estas partículas diminutas produjo una unión más fuerte.

La otra materia prima principal para la construcción de rascacielos es el acero, que es una aleación de hierro y carbono. Los edificios cercanos a menudo limitan la cantidad de espacio disponible para la actividad de construcción y el almacenamiento de suministros, por lo que las vigas de acero de tamaños y formas específicos se entregan en el sitio tal como se necesitan para la colocación. Antes de la entrega, las vigas se recubren con una mezcla de yeso y vermiculita . (mica que se ha expandido con calor para formar partículas similares a esponjas) para protegerlas de la corrosión y el calor. Después de soldar cada viga en su lugar, las juntas nuevas se rocían con el mismo material de revestimiento. Luego, se puede envolver alrededor de las vigas una capa adicional de aislamiento, como guata de fibra de vidrio cubierta con papel de aluminio.

Para maximizar las mejores cualidades del hormigón y el acero, a menudo se utilizan juntos en la construcción de rascacielos. Por ejemplo, se puede formar una columna de soporte vertiendo hormigón alrededor de una viga de acero.

Se utiliza una variedad de materiales para cubrir el marco del rascacielos. Conocido como "revestimiento", las láminas que forman las paredes exteriores pueden consistir en vidrio, metales, como aluminio o acero inoxidable, o materiales de mampostería, como granito, mármol o piedra caliza.

Diseño

Los ingenieros de diseño traducen la visión del arquitecto del edificio en un plan detallado que será estructuralmente sólido y posible de construir.

Diseñar un edificio de poca altura implica crear una estructura que soporte su propio peso (llamado carga muerta) y el peso de las personas y los muebles que contendrá (la carga viva). Para un rascacielos, la fuerza lateral del viento afecta la estructura más que el peso del edificio y su contenido. El diseñador debe asegurarse de que el edificio no sea derribado por un viento fuerte, y también que no se balanceará lo suficiente como para causar malestar físico o emocional a los ocupantes.

Cada diseño de rascacielos es único. Los principales elementos estructurales que pueden usarse solos o en combinación incluyen un esqueleto de acero escondido detrás de muros cortina que no soportan carga, un esqueleto de concreto reforzado que se rellena con paneles de revestimiento para formar las paredes exteriores, un núcleo central de concreto (columna abierta ) lo suficientemente grande como para contener huecos de ascensor y otros componentes mecánicos, y una serie de columnas de soporte alrededor del perímetro del edificio que están conectadas por vigas horizontales entre sí y con el núcleo.

Debido a que cada diseño es innovador, los modelos de edificios super altos propuestos se prueban en túneles de viento para determinar el efecto del viento fuerte en ellos, y también el efecto en los edificios circundantes de los patrones de viento causados ​​por el nuevo edificio. Si las pruebas muestran que el edificio se balanceará excesivamente con vientos fuertes, Un ejemplo del diseño de la planta baja de un rascacielos y el marco de un edificio. los diseñadores pueden agregar dispositivos mecánicos que contrarresten o restrinjan el movimiento.

Además de la superestructura, los diseñadores también deben planificar sistemas mecánicos apropiados, como ascensores que muevan a las personas de manera rápida y cómoda, sistemas de circulación de aire y plomería.

El proceso de construcción

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

La subestructura

• 1 La construcción generalmente comienza con la excavación de un pozo que sostendrá los cimientos. La profundidad del pozo depende de qué tan lejos se encuentre el lecho de roca y cuántos niveles de sótano tendrá el edificio. Para evitar el movimiento del suelo circundante y para sellar el agua alrededor del sitio de la fundación, se puede construir una pared de diafragma antes de cavar el pozo. Esto se hace cavando una zanja profunda y estrecha alrededor del perímetro del pozo planificado; a medida que se cava la zanja, se llena con lechada (arcilla acuosa) para evitar que sus paredes se derrumben. Cuando una sección de la zanja alcanza la profundidad deseada, se baja una jaula de acero de refuerzo. Luego se bombea concreto a la zanja, desplazando la lechada más liviana. La lechada se recupera y se vuelve a utilizar en otras secciones de la zanja.
• 2 En algunos casos, el lecho de roca se encuentra cerca de la superficie. Se quita el suelo en la parte superior del lecho rocoso y se quita suficiente superficie del lecho rocoso para formar una plataforma lisa y nivelada sobre la cual construir los cimientos del edificio. Las zapatas (orificios en los que se pueden anclar las columnas de soporte del edificio) se chorrean o perforan en el lecho de roca. En las zapatas se colocan columnas de acero u hormigón armado.
• 3 Si el lecho rocoso es muy profundo, las pilas (vigas verticales) se hunden en el suelo hasta que se incrustan en el lecho rocoso. Una técnica consiste en colocar pilotes de acero en su lugar dejando caer repetidamente un gran peso sobre sus partes superiores. Otra técnica consiste en perforar pozos a través del suelo y en el lecho rocoso, insertar varillas de refuerzo de acero y luego llenar los pozos con hormigón.

  A. Pared de diafragma. B. Pie. C. Un tipo de cimentación para un rascacielos utiliza pilotes de acero para asegurar la cimentación al suelo. D. El método de encofrado deslizante para verter hormigón.

• 4 Se vierte una plataforma de cimentación de hormigón armado sobre las columnas de soporte.

La superestructura y el núcleo

Una vez que la construcción de un rascacielos está en marcha, el trabajo en varias fases de la estructura procede simultáneamente. Por ejemplo, cuando las columnas de soporte tienen varios pisos de altura, los trabajadores comienzan a construir pisos para los pisos inferiores. A medida que las columnas se elevan, los equipos de piso también se trasladan a pisos más altos, y los equipos de acabado comienzan a trabajar en los niveles más bajos. La superposición de estas fases no solo hace el uso más eficiente del tiempo, sino que también asegura que la estructura permanezca estable durante la construcción.

• 5 Si se utilizan columnas de acero y refuerzos transversales en el edificio, cada viga se levanta con una grúa. Inicialmente, la grúa se asienta en el suelo; posteriormente, puede colocarse en el nivel más alto existente del propio esqueleto de acero. Los trabajadores calificados atornillan o sueldan el extremo de la viga en su lugar (no se han usado remaches desde la década de 1950). Luego, la viga se envuelve con una chaqueta aislante para evitar que se sobrecaliente y se debilite en caso de incendio. Como medida alternativa de protección contra el calor en algunos edificios, las vigas de acero consisten en tubos huecos; cuando se completa la superestructura, los tubos se llenan de agua, que circula continuamente durante toda la vida útil del edificio.
• 6 El hormigón se utiliza a menudo para construir el núcleo de un edificio y también se puede utilizar para construir columnas de soporte. Se utiliza comúnmente una técnica llamada "formación por deslizamiento". Las formas de madera de la forma deseada se unen a un marco de acero, que está conectado a un gato de escalada que sujeta una varilla vertical. Los trabajadores preparan una sección de acero de refuerzo que es más alta que las formas de madera. Luego comienzan a verter hormigón en las formas. A medida que se vierte el hormigón, el gato trepador eleva lenta y continuamente el encofrado. La composición de la mezcla de hormigón y la velocidad de ascenso se coordinan de modo que el hormigón en el rango inferior del encofrado se haya fraguado antes de que el encofrado se eleve por encima de él. A medida que continúa el proceso, los trabajadores extienden la rejilla de acero de refuerzo que se extiende por encima del encofrado y agregan extensiones a la varilla vertical que sujeta el gato trepador. De esta forma, toda la columna de hormigón se construye como un elemento vertical continuo sin juntas.
• 7 En un edificio de estructura de acero, los pisos se construyen sobre las capas de arriostramiento horizontal. En otros diseños de edificios, los pisos están sostenidos por vigas de acero horizontales unidas al núcleo del edificio y / o columnas de soporte. La plataforma de acero (paneles de acero corrugado delgados) se coloca sobre las vigas y se suelda en su lugar. Se vierte una capa de concreto, de aproximadamente 2 a 4 pulgadas (5 a 10 cm) de espesor, sobre la plataforma para completar el piso.

El Empire State Building.

El Empire State Building estaba destinado a poner fin a la competencia por el edificio más alto. Era una torre de 102 pisos, 1,250 pies (381 m) sobre las calles de Manhattan. Sus desarrolladores, John J. Raskob y Pierre Samuel Du Pont, junto con el ex gobernador de Nueva York Alfred E. Smith, anunciaron en agosto de 1929 su intención de construir el edificio más alto del mundo. Eligieron la empresa de construcción Starrett Brothers and Eken, y la empresa de arquitectura Shreve, Lamb y Harmon para el proyecto con William F. Lamb como diseñador jefe. Se aleja de la calle por encima del quinto piso y luego se eleva ininterrumpidamente por más de 1,000 pies (305 m) hasta el piso 86. El exterior es de piedra caliza y granito y columnas verticales de aleación de acero al cromo-níquel se extienden desde el sexto piso hasta la parte superior. El edificio contenía 67 ascensores y 6.500 ventanas de vidrio, rematadas con un mástil de amarre de 200 pies (61 m) para dirigibles.

El Empire State Building se completó el 11 de abril de 1931, 12 días antes de lo previsto y se inauguró oficialmente el 1 de mayo de 1931. El edificio tomó su lugar en la historia como el edificio más alto jamás construido, con este título durante más de 40 años. No fue hasta 1972, cuando se completaron las torres gemelas de 1,348 pies (411 m) de altura del World Trade Center que el Empire State Building fue superado en altura. El World Trade Center, a su vez, fue superado en 1974 por la Torre Sears en Chicago, que con 1.453 pies (443 mj) se convirtió en el edificio más alto del mundo.

El exterior

• 8 En la mayoría de los edificios altos, el peso de la estructura y su contenido lo soportan las columnas de soporte y el núcleo del edificio. Los muros exteriores en sí mismos simplemente encierran la estructura. Se construyen uniendo paneles de materiales como vidrio, metal y piedra al marco del edificio. Una técnica común es atornillarlos a soportes angulares asegurados a losas de piso o columnas de soporte.

Finalizando

• 9 Cuando un piso del edificio ha sido delimitado por muros exteriores, está listo para el acabado interior. Esto incluye la instalación de elementos tales como cables eléctricos, cables telefónicos, tuberías de plomería, paredes interiores, paneles de techo, accesorios de baño, accesorios de iluminación y sistemas de rociadores para el control de incendios. También incluye la instalación de componentes mecánicos como ascensores y sistemas de circulación de aire, refrigeración y calefacción.
• 10 Cuando se haya completado toda la superestructura, la parte superior del edificio se termina instalando un techo. Puede construirse como un piso y luego impermeabilizarse con una capa de caucho o plástico antes de cubrirse con una atractiva capa de tejas o metal resistente a la intemperie.

Control de calidad

Se tienen en cuenta varios factores al garantizar el control de calidad. Debido a la enorme escala de los rascacielos, un pequeño error de posicionamiento en la base aumentará cuando se extienda hasta el techo. Además de los instrumentos topográficos normales, se pueden utilizar dispositivos inusuales como sensores del sistema de posicionamiento global (GPS) y visores de bombas de aviones para verificar la ubicación y alineación de los miembros estructurales.

Los sensores de suelo alrededor del sitio de construcción se utilizan para detectar cualquier movimiento de tierra inesperado causado por la actividad de construcción.

Subproductos / Residuos

La excavación del pozo de cimentación y los niveles del sótano requieren la eliminación de enormes cantidades de suciedad. Cuando se construyeron las torres del World Trade Center de 110 pisos en Nueva York a principios de la década de 1970, más de 1 millón de yardas cúbicas (765,000 metros cúbicos) de tierra y roca fueron removidas y arrojadas al río Hudson para crear 23.5 acres (95,100 metros cuadrados). ) de terreno nuevo, sobre el que posteriormente se construyó otro rascacielos.

El futuro

Se han desarrollado planes para varios rascacielos nuevos que romperían los récords de altura existentes. Por ejemplo, un edificio de 108 pisos en 7 South Dearborn Street en Chicago, que se espera esté terminado para 2004, tendrá una altura de 473 m (1,550 pies). Proporcionará 43 acres (174,000 metros cuadrados) de espacio cerrado en un lote de solo 200 pies (61 m) cuadrados.

En 1956, el arquitecto estadounidense Frank Lloyd Wright anunció planes para un rascacielos de 1,6 km de altura en el que podrían trabajar 100.000 personas. En 1991, otro arquitecto estadounidense, el Dr. Eugene Tsui, diseñó un edificio de 3,220 m (2 millas) de altura que proporcionaría espacio para vivir, trabajar y recreación para 1,000,000 de personas. Aunque estos edificios pueden ser teóricamente construibles, actualmente no son prácticos. Por ejemplo, los niveles de comodidad humana limitan la velocidad del ascensor a no más de 3000 pies / min (915 m / min). Para acomodar a las 100,000 personas que trabajan en la estructura propuesta por Wright, el número de huecos de ascensor habría ocupado una porción demasiado grande del área del edificio.

Las mejoras en la tecnología de ascensores serán importantes para los futuros diseños de rascacielos. Se han propuesto cabinas de ascensor autopropulsadas y sin cables que se mueven tanto horizontal como verticalmente, pero aún están en desarrollo. Los sistemas computarizados de despacho de automóviles que utilizan lógica difusa podrían refinarse para transportar a las personas de manera más eficiente agrupando a los pasajeros cuyos destinos están cerca unos de otros.