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Resumen: T-087 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004 Sala de lectura de la Biblioteca Nacional de París Jules Arthur Vierendeel: pionero del diseño estructural Jacobo, Guillermo José Cátedra “ESTRUCTURAS II” - Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional del Nordeste Av. Las Heras Nº 727 – (3500) Resistencia – Provincia del Chaco – Argentina - E-Mail: [email protected] ANTECEDENTES Tan conocida es la viga Vierendeel hoy en día y tan usada para la construcción pero es desconocida la vida del ingeniero belga que desarrollo y patentó este elemento constructivo. Vierendeel no sólo concibió la viga sin diagonales sino que también llevó adelante fundamentos de cálculo e investigó sobre el comportamiento de las deformaciones y determinó cuáles son los límites de cargas de las estructuras metálicas. Jules Arthur Vierendeel nació el 10 de abril de 1852 en la ciudad belga de Louvain con el nombre de Meunier, pero cuando su madre se volvió a casar cuando él tenía 5 años de edad con su segundo esposo, Perrié Vierendeel, adoptó el apellido que lo llevó a la fama mundial. Su niñez la pasó en Geraardsbergen, y debido a sus excelentes rendimientos académicos en la escuela humanística en la ciudad de Grammond, fue incorporado inmediatamente en la universidad donde en 1874 obtuvo el diploma de ingeniero de arte de manufactura, de construcción civil y de minas de la Universidad de Louvain. Su vida profesional la inició en una oficina técnica de la ciudad de La Louviere donde él trabajó 10 años. A la edad de 25 años, 3 años después de su egreso como ingeniero, fue influenciado en particular por un proyecto: el diseño del Circo Real de Bruselas, el cual fue la primera estructura metálica construida en Bélgica. La construcción de dicha estructura tuvo la característica de mostrarse muy liviana, por lo que el propietario dudó de su estabilidad y por tal motivo ordenó detener la obra. El gobierno belga encargó una investigación por medio de una comisión técnica, la cual descubrió que no existían fallas o errores en los cálculos, sin embargo, también desconfió del aspecto constructivo debido a la esbeltez de los elementos constructivos. Una semana antes de la inauguración decidió el ministro el mismo verificar la capacidad de carga y la seguridad de dicha estructura de una manera no habitual: todos los soldados de un regimiento debieron sentarse en el mismo momento sobre sus elementos, y la estructura no sufrió ningún tipo de deformación ni movimiento. Luego, 70 años después fue esa estructura demolida pues no se correspondía con los gustos arquitectónicos de la época (1940). Vierendeel alabó su estructura construida con el concepto de “audacia flamenca”. Esa valentía y su confianza ciega en sus cálculos caracterizaron todas sus obras posteriores. En 1885 Vierendeel fue nombrado director del servicio técnico de la ciudad flamenca del Este. Cuatro años después tomó nuevos cursos en resistencia de materiales, diseño de estructuras e historia de arquitectura en la Universidad Católica de Louvain. Luego publicó el libro “Breves reseñas de historia de la técnica”, el cual fue utilizado académicamente hasta finales de la primera guerra mundial. En dicha obra explicó su tesis: “de manera reconocida existe una evolución técnica desde que existe la memoria en la humanidad. Sin embargo a partir del siglo XVIII esa evolución técnica adquiere importantes dimensiones pues se la ejecuta cada vez más rápido y en dimensiones constructivas modernas importantes”. En el último capítulo de su libro Vierendeel describió todas las estructuras metálicas y de hormigón que realizó. También fue profesor universitario en una cátedra que él mismo desarrolló desde el punto de vista de la ingeniería, bajo la hipótesis de que debía haber una separación de las facultades de ciencias aplicadas con las de las ciencias teóricas. En su último año de docente universitario en 1935 apareció la última edición de su obra de estructuras “Cálculo de estructuras metálicas”. En 1896 obtuvo el premio Prix du Roi por su publicación “La construcción arquitectónica en hormigón y acero” en donde definió el comportamiento de la relación entre el ingeniero y el arquitecto, la belleza y la verdad de las construcciones. Fue el representante principal de que con las construcciones de acero, otro tipo de arquitectura se permitía desarrollar. Como ejemplo, se puede citar al nuevo estilo arquitectónico desarrollado con la obra de la sala de lectura de la Biblioteca Nacional de París. Vierendeel estaba totalmente entusiasmado con la belleza de esta arquitectura metálica: “si se entra a la sala de lectura de la Biblioteca Nacional, se es envuelto en una profunda impresión que incluye un estremecimiento. Cuando se abren los ojos se eleva la cabeza y se observa con maravillosa impresión. Usted olvida el mundo alrededor suyo y se hunde en esta profunda contemplación de la sala que lo está rodeando.

Jules Arthur Vierendeel: pionero del diseño estructural · Tan conocida es la viga Vierendeel hoy en día y tan usada para la construcción pero es desconocida la vida del ingeniero

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Resumen: T-087

UN I V ER S I D AD N AC I O N AL D E L N O RDES T E C om u n i c a c i o n e s C i e n t í f i c a s y T e c n o l ó g i c a s 2 0 0 4

Sala de lectura de la Biblioteca Nacional de París

Jules Arthur Vierendeel: pionero del diseño estructural

Jacobo, Guillermo José

Cátedra “ESTRUCTURAS II” - Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional del Nordeste

Av. Las Heras Nº 727 – (3500) Resistencia – Provincia del Chaco – Argentina - E-Mail: [email protected]

ANTECEDENTES Tan conocida es la viga Vierendeel hoy en día y tan usada para la construcción pero es desconocida la vida del ingeniero belga que desarrollo y patentó este elemento constructivo. Vierendeel no sólo concibió la viga sin diagonales sino que también llevó adelante fundamentos de cálculo e investigó sobre el comportamiento de las deformaciones y determinó cuáles son los límites de cargas de las estructuras metálicas. Jules Arthur Vierendeel nació el 10 de abril de 1852 en la ciudad belga de Louvain con el nombre de Meunier, pero cuando su madre se volvió a casar cuando él tenía 5 años de edad con su segundo esposo, Perrié Vierendeel, adoptó el apellido que lo llevó a la fama mundial. Su niñez la pasó en Geraardsbergen, y debido a sus excelentes rendimientos académicos en la escuela humanística en la ciudad de Grammond, fue incorporado inmediatamente en la universidad donde en 1874 obtuvo el diploma de ingeniero de arte de manufactura, de construcción civil y de minas de la Universidad de Louvain. Su vida profesional la inició en una oficina técnica de la ciudad de La Louviere donde él trabajó 10 años. A la edad de 25 años, 3 años después de su egreso como ingeniero, fue influenciado en particular por un proyecto: el diseño del Circo Real de Bruselas, el cual fue la primera estructura metálica construida en Bélgica. La construcción de dicha estructura tuvo la característica de mostrarse muy liviana, por lo que el propietario dudó de su estabilidad y por tal motivo ordenó detener la obra. El gobierno belga encargó una investigación por medio de una comisión técnica, la cual descubrió que no existían fallas o errores en los cálculos, sin embargo, también desconfió del aspecto constructivo debido a la esbeltez de los elementos constructivos. Una semana antes de la inauguración decidió el ministro el mismo verificar la capacidad de carga y la seguridad de dicha estructura de una manera no habitual: todos los soldados de un regimiento debieron sentarse en el mismo momento sobre sus elementos, y la estructura no sufrió ningún tipo de deformación ni movimiento. Luego, 70 años después fue esa estructura demolida pues no se correspondía con los gustos arquitectónicos de la época (1940). Vierendeel alabó su estructura construida con el concepto de “audacia flamenca”. Esa valentía y su confianza ciega en sus cálculos caracterizaron todas sus obras posteriores. En 1885 Vierendeel fue nombrado director del servicio técnico de la ciudad flamenca del Este. Cuatro años después tomó nuevos cursos en resistencia de materiales, diseño de estructuras e historia de arquitectura en la Universidad Católica de Louvain. Luego publicó el libro “Breves reseñas de historia de la técnica”, el cual fue utilizado académicamente hasta finales de la primera guerra mundial. En dicha obra explicó su tesis: “de manera reconocida existe una evolución técnica desde que existe la memoria en la humanidad. Sin embargo a partir del siglo XVIII esa evolución técnica adquiere importantes dimensiones pues se la ejecuta cada vez más rápido y en dimensiones constructivas modernas importantes”. En el último capítulo de su libro Vierendeel describió todas las estructuras metálicas y de hormigón que realizó. También fue profesor universitario en una cátedra que él mismo desarrolló desde el punto de vista de la ingeniería, bajo la hipótesis de que debía haber una separación de las facultades de ciencias aplicadas con las de las ciencias teóricas. En su último año de docente universitario en 1935 apareció la última edición de su obra de estructuras “Cálculo de estructuras metálicas”. En 1896 obtuvo el premio Prix du Roi por su publicación “La construcción arquitectónica en hormigón y acero” en donde definió el comportamiento de la relación entre el ingeniero y el arquitecto, la belleza y la verdad de las construcciones. Fue el representante principal de que con las construcciones de acero, otro tipo de arquitectura se permitía desarrollar. Como ejemplo, se puede citar al nuevo estilo arquitectónico desarrollado con la obra de la sala de lectura de la Biblioteca Nacional de París. Vierendeel estaba totalmente entusiasmado con la belleza de esta arquitectura metálica: “si se entra a la sala de lectura de la Biblioteca Nacional, se es envuelto en una profunda impresión que incluye un estremecimiento. Cuando se abren los ojos se eleva la cabeza y se observa con maravillosa impresión. Usted olvida el mundo alrededor suyo y se hunde en esta profunda contemplación de la sala que lo está rodeando.

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Campanario de la Iglesia de Dadizeele (1890-93).

Puente experimental: propuestas de diseño y

puente construido y ensayado.

Se cae realmente en este entusiasmo real por medio de la magia de la belleza desconocida. Este momento es totalmente indescriptible, se puede sentir la tranquilidad de la armonía de las líneas y de las masas curvas. Una gran sala de finas columnas, elegantes arcos y livianas cúpulas, una clara y perfecta unidad con una tenue y tranquila iluminación, una noble y amplia unidad, una adecuada composición, uno se maravilla y nunca termina de hacerlo.” Cuando Vierendeel fue funcionario del Estado Belga desarrolló en 1914 una red vial para un nuevo objeto urbano incorporado a la sociedad: el automóvil. En 1927 Vierendeel se retiró de su vida profesional y el 8 de noviembre de 1940 falleció en la ciudad de Uccle, Bélgica.

MATERIALES Y MÉTODOS El trabajo se desarrolla partiendo de la información brindada por la bibliografía consultada (ver bibliografía). Se estudian casos concretos relacionados a al diseño estructural en obra de arquitectura, evaluando los resultados obtenidos en diferentes experiencias internacionales con el objetivo de formular recomendaciones y soluciones concretas. Se utilizan los recursos que se crean apropiados para la comprensión de la temática específica, para que sea una herramienta de consulta accesible por parte de cualquier interesado.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS La viga Vierendeel es una estructura de entramado, como en un principio lo desarrollo Palladio, una estructura de entramado de madera para puentes, bajo el concepto de la triangulación indeformable. Sin embargo, la viga Vierendeel se organiza a partir de la no triangulación, sino de elementos intermedios verticales y vacíos rectangulares, no posee ninguna diagonal intermedia. Todo lo contrario a la forma estática ideal del triangulo. Una organización vertical de los elementos intermedios se deforma, si los elementos estructurales no se encuentran completamente perpendiculares con respecto a los cordones superiores e inferiores. Este concepto estructural choco contra el entendimiento humano de los especialistas de su tiempo y provoco muy poca aceptación. En la documentación presentada para su patente, el 29 de Mayo de 1897 se especifican dos puntos: la falta de diagonales y el significado de la rigidez de conjunto de todo el sistema estructural, con las siguientes afirmaciones: El proceso comprende en la presión de las diagonales, o en otras palabras, en evitar la formación de la triangulación en los nudos, sean estos derechos o curvos, de madera o metálico. Mi método comprende algo tan importante en evitar las diagonales en el entramado estructural, y reemplazarlos con ensambles verticales rígidos entre los cordones superiores e inferiores. El cálculo de mi viga con bridas verticales no se apoya en ninguna hipótesis, algo totalmente diferente a los entramados triangulares, muy utilizados en Europa. El cálculo de mi viga es además extraordinariamente exacto y exigente como en el caso de los entramados triangulares. Mi viga rígida unifica por lo tanto las ventajas teóricas de las vigas y evita los problemas prácticos: ejecución y mantenimiento en servicio”. En su última aclaración a la oficina de patentes belga del 26 de Julio de 1899, explica con respecto a la bondades de un nuevo material que se estaba desarrollando, el hormigón armado: “para perfeccionar el uso de este nuevo material, propongo utilizar una viga Vierendeel con elementos metálicos laminados unidos rígidamente entre si, luego envueltos en mortero de cemento, lo que le determinar la imagen final de la estructura”. El descubrimiento de la viga Vierendeel nunca fue explicada por el mismo Vierendeel, sin embargo se sabe que cuando trabajaba al principio de su carrera de ingeniero en un puente con vigas planas laterales de 75 mts de largo de entramado triangular, sobre el río Mouse, en la provincia holandesa de Gueldre, realizó ensayos acústicos durante unas semanas para determinar las tensiones internas en los diferentes elementos constructivos. Esta experiencia lo convenció de lo complejo del problema, y tardo seis años antes de patentar su invento. Mientras tanto realizo algunas obras de arquitectura como ensayo previo y aplicación de sus ideas, tal es el caso del campanario con estructura metálica de la iglesia de Dadizeele (1890-93). La construcción de esta iglesia fue suspendida en 1860, pues las fundaciones para un campanario de mampostería no están lo suficientemente dimensionados, por lo que necesitaba que el mismo sea ejecutado con materiales más livianos, situación que lo realiza Vierendeel con una estructura metálica tipo marco rígidos continuos. En 1898 se realiza una exposición en Bruselas, donde Vieerendeel expone un puente construido de 31,50 mts de luz, junto con una serie de ensayos sobre el mismo para demostrar la confiabilidad de su propuesta, todo financiado por el mismo (proyecto, construcción y ensayos). Vierendeel puso en servicio la estructura metálica con 175 tn, entre Agosto y Noviembre, para así verifica la aparición de las primeras deformaciones, cuando nuevamente sobrecargo con 47 tn más y un día después retiro abruptamente las 204 tn, lo que le permitió comprobar que las deformaciones bajo servicio desaparecieron y toda la estructura se acomodo a su forma inicial, demostrando la elasticidad del sistema estructural desarrollado. Luego nuevamente cargo sucesivamente dicho puente hasta alcanzar la carga final de rotura y así colapsar el puente. Ya en 1884 ensayo una probeta metálica a una carga de aumento

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progresivo solicitada a tracción pura para estudiar la relación entre el esfuerzo de tracción y las deformaciones plásticas permanentes, así logro predeterminar los valores límites de carga elástica admisible, fluencia plástica y de rotura, para luego aplicar dicha experiencia a su viga de manera exacta. Según su colega Magnel de la Universidad de Gand: “Vierendeel advirtió de manera detallada y precisa todas las diferencia de tensiones medidas, llegando a la conclusión, que si se presentaban tensiones de servicio diferentes en los elementos de un entramado triangular podría colapsar todo el sistema, sin embargo en su viga, esto no era posible, pues ensaya reemplazar algunos de los elementos verticales en servicio en diferentes posiciones dentro de la viga sin que la viga se deforme”. Sin embargo el mundo técnico de los ingenieros reacciono ante la propuesta de Vierendeel de manera divida: en 1900 se realizó un debate internacional en “Société des ingenieurs civils de France”, tomando parte los más importantes ingenieros de la época: P Bodin, F. Chady, A. Marsaux, M. Duplaix y A. Maure. En 1902 se construyo el primer puente con vigas Vierendeel, divulgándose así en la práctica con una repetición increíble de obras similares en toda Bélgica. En 1907 se construyo el puente “Pont de Québec” (Canadá), el cual sin embargo colapso, matando a 72 personas. Vierendeel descubrió con dicha catástrofe que la carga crítica en los nudos no fue correctamente determinada, siendo la causa del colapso, por lo que se aboco a estudiar el método de determinación de la carga crítica según los principios de Euler. 1911 se publicitó una dura discusión académico-científica entre Vierendeel, Otto Mohr y Franz Cech en la revista técnica “Der Eisenbau” y se le reprocho sobre su difícil método de cálculo. En 1920 estudio el fenómeno de la magnetización del acero tan pronto entraba en servicio solicitado a la tracción pura, lo que lo llevo a ampliar los conocimientos sobre Tensiones, Deformaciones, Cargas Límites de Deformaciones y de Rotura. También desarrollo un método de cálculo para fundaciones sobre suelos inestables. Recién en 1912 se acepto plenamente su viga de tirantes verticales sin entramado triangular o “viga vierendeel”, la cual reemplazo definitivamente a todas las vigas de entramado triangular en todos los puente metálicos europeos. CONCLUSIONES La viga vierendeel se internacionalizo en su aplicación práctica, no existiendo limitación de aplicación en cuanto a material constructivo. Su uso se diversifico también al campo de la arquitectura, en obras de gran envergadura como por ejemplo el caso de la nueva sede del banco “Commerzbank” diseñado por el Arq. Norman Foster en la ciudad de Frankfurt/Main, Alemania, (1992-1996), donde se debió utilizar todo un esqueleto metálico para reducir el peso total del edificio para evitar asentamientos diferenciales en los edificios vecinos, si se construía la nueva torre del banco con la tecnología tradicional de hormigón armado. Esta tecnología metálica permitió prefabricar toda la estructura en un fábrica ubicada en las cercanías y luego fue trasladada al sitio de la obra donde fue montada en un tiempo no superior de un año La ventaja desde el punto de vista arquitectónico es que los elementos verticales no obstaculizan visuales en fachadas. (Ver fotos en la siguiente página). Como se observa, el estudio práctico, sistemático y racional de un fenómeno permitió alcanzar el desarrollo científico de un elemento de uso normal actualmente en el campo de la construcción. Todo esto es producto de una formación académica sería y responsable, comprometida con las necesidades reales de la sociedad. Ejemplo a ser imitado por todos los que formamos parte de la Universidad. Este trabajo pretende ser una contribución académica para las carreras de Arquitectura e Ingeniería de la UNNE. BIBLIOGRAFÍA ALLEN, Edward (1997), Como funciona un edificio, Editorial Gustavo Gili SA, Barcelona, España. AVENBURG, E. (1977), Bases para un Diseño Estructural Oscar Buonanno Editor, Buenos Aires, Argentina. DÍAZ PUERTAS, Diego (1980), Introducción en las Estructuras para Edificios, Editorial SUMMA, Buenos Aires, Argentina. DÖRING, Wolfgang (1995), Konstruktion und Form, Kohlhammer Verlag, Stuttgart, Alemania. 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Torre “Commerzbank”

Arch. Norman Foster & Partners

Frankfurt/Main, Alemania 1992-96

Fuente: Fotos propias del autor