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Sistema Constructivo Steel Framing es un sistema constructivo metálico, antisísmico y liviano, ya que para su montaje no precisa de equipos y maquinaria pesada. Es una octava parte más liviano que la obra tradicional, el llamado (Ladrillo). También es abierto, ya que permite cualquier tipo de diseño exterior e interior, líneas rectas, formas vanguardistas y modernas y también permite grandes cristaleras o ventanales. Las opciones arquitectónicas en este sistema son infinitas. Las viviendas de Steel Framing, al ser construcciones “en seco”, tienen un gran aislamiento térmico, se consideran bioclimáticas ya que cuentan con un ahorro de un 45% de energía. De ahí que sean consideradas viviendas I+D. También tienen un gran aislamiento acústico ya que se utilizan fibras especiales para disminuir el impacto acústico. Cada estancia está aislada tanto térmica como acústicamente de forma individual. Las viviendas con estructura de acero tienen una gran durabilidad ya que el acero es galvanizado y tratado con zinc. El zinc es un material anticorrosivo y no perjudica a la salud, todo lo contrario al hormigón ya que algunos tipos de hormigón desprenden gases radiactivos como el gas radón que pueden convertir nuestras cedulas sanas en cedulas cancerígenas. Cuando uno de nuestros clientes tiene realizado un proyecto arquitectónico en obra tradicional no supone ningún problema ya que nuestros ingenieros transformarla estructura y la cimentación de obra tradicional a acero, a esto se le denomina descanso de cargas. La composición del acero producido en la actualidad incluye más de un 60% de acero reciclado, por lo que, desde un punto de vista ecológico, la caracteriza como muy eficiente.

Sistema Constructivo en Metal o Acero

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Metal y Acero

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Sistema ConstructivoSteel Framing es un sistema constructivo metálico, antisísmico y liviano, ya que para su montaje no precisa de equipos y maquinaria pesada. Es una octava parte más liviano que la obra tradicional, el llamado (Ladrillo).

También es abierto, ya que permite cualquier tipo de diseño exterior e interior, líneas rectas, formas vanguardistas y modernas y también permite grandes cristaleras o ventanales. Las opciones arquitectónicas en este sistema son infinitas.

Las viviendas de Steel Framing, al ser construcciones “en seco”, tienen un gran aislamiento térmico, se consideran bioclimáticas ya que cuentan con un ahorro de un 45% de energía. De ahí que sean consideradas viviendas I+D. También tienen un gran aislamiento acústico ya que se utilizan fibras especiales para disminuir el impacto acústico. Cada estancia está aislada tanto térmica como acústicamente de forma individual.

Las viviendas con estructura de acero tienen una gran durabilidad ya que el acero es galvanizado y tratado con zinc. El zinc es un material anticorrosivo y no perjudica a la salud, todo lo contrario al hormigón ya que algunos tipos de hormigón desprenden gases radiactivos como el gas radón que pueden convertir nuestras cedulas sanas en cedulas cancerígenas.

Cuando uno de nuestros clientes tiene realizado un proyecto arquitectónico en obra tradicional no supone ningún problema ya que nuestros ingenieros transformarla estructura y la cimentación de obra tradicional a acero, a esto se le denomina descanso de cargas.

La composición del acero producido en la actualidad incluye más de un 60% de acero reciclado, por lo que, desde un punto de vista ecológico, la caracteriza como muy eficiente.

   

   

   

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Proceso constructivo con estructuras metálicas

Dentro del proceso constructivo de estructuras metálicas se identifican dos fases:

La fabricación en taller y el montaje en obra.

La fabricación en taller de los proyectos de estructuras metálicas, debe seguir un orden para ser exitosa. Primero se debe hacer un plantillaje, seguido de la preparación, enderezado y conformación. Luego se hace el marcado de ejecución, los cortes y perforaciones, el armado, la preparación de superficies y la pintura para terminar por el marcado y la identificación de elementos.

A su vez, el montaje en obra debe empezar por el programa de montaje, seguido por la recepción, almacenamiento y manipulación para terminar con el montaje como tal, de la estructura y así culminar con el diseño de estructuras metálicas para su utilización en construcciones, especialmente de puentes y edificios.

Metalikos brinda servicios de fabricación y mantenimiento de estructuras metálicas, garantizando mayor duración de las estructuras. A la hora de escoger, escoja una de las empresas de estructuras metálicas líderes en el mercado. En Metalikos le ofrecemos el mejor servicio, experiencia y calidad.

ESTRUCTURA

ESTRUCTURAS DE ENTRAMADOS DE ACERO GALVANIZADO DE BAJO ESPESORLIGHT STEEL FRAMINGFrancis Pfenniger

1. INTRODUCCION

Hace y varias décadas se ha desarrollado este sistema constructivo amparado en los atributos y ventajas de la construcción en acero. Sus fundamentos habrá que buscarlos en la construcción de entramado de madera –el sistema Plataforma- que es, a su vez, la evolución del sistema de Baloon Frame desarrollado por George Snow en Chicago a mediados del siglo XIX. En efecto, el Steel Frame, como se le conoce coloquialmente, es la respuesta de la industria del acero a la construcción de entramados de madera, muy difundida en algunos países como Usa y Canadá.

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Inspirado en dichos sistemas y en reemplazo de los elementos típicos de madera, se han desarrollado una serie de perfiles abiertos conformados en frío a partir de chapas de acero de bajo espesor y galvanizadas por inmersión en caliente en proceso continuo. Estos perfiles, en diversas dimensiones y espesores, están compuestos típicamente por canales abiertas tipo “U” (para soleras inferiores) y canales atiesadas tipo “C” (para pies derechos y montantes).

Construcción Típica Sistema Plataforma en Madera – Fuente CMHC - Canadá

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La combinación de estos perfiles permite conformar diversos tipos de vigas, dependiendo de la cantidad de elementos que converjan, lo que permite dar respuesta a una amplia variedad de requerimientos estructurales.

Aunque con frecuencia se asocia a edificaciones de altura máxima de dos pisos más una buhardilla, la verdad es que con el sistema del Steel Frame se pueden enfrentar proyectos de mayor altura sin problemas.

Fuente http://www.scottsdalesteelframes.com

Detalle de Dinteles – Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Lo anterior se completa con diversos perfiles complementarios, como los perfiles tipo “omega” (que se usan como costaneras y o entramados de cielo), y otros perfiles menores tipo ”z” y “u” (perfiles resilentes, perfiles de término para cielos, etc.).

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Perfiles típicos de Steel Framing – Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

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Con el conjunto de perfiles desarrollados para este sistema constructivo se pueden construir desde tabiques divisorios no estructurales, tabiques y muros estructurales, envigados de entrepiso y estructuras de cubierta así como todo tipo de cerchas (desde cerchas tradicionales, cerchas habitables para mansardas, hasta cerchas curvas facetadas). Sin embargo, más allá de la descripción de los elementos posibles de construir con el Steel Framing, lo importante a destacar es que se trata propiamente de un SISTEMA CONSTRUCTIVO, sistema que mediante una combinación eficiente y lógica de algunos elementos y componentes muy bien desarrollados, permite resolver la totalidad de una edificación.

El sistema en sí construye tabiques estructurales disponiendo una serie de pies derechos o montantes distanciados usualmente a 400 o 600mm, que se fijan a una solera inferior y a otra superior, mediante conexiones de tornillos auto perforantes. Tanto los pies derechos como las soleras emulan las dimensiones más típicas de la construcción en madera (2” x 4”), los distanciamientos más frecuentes y hasta la instalación de la placa arriostrante de madera contrachapada o de partículas (OSB). Todo está concebido para una transición fácil y cómoda entre la construcción típica en madera y esta alternativa y evolución hacia la construcción en acero. Las similitudes son comparables hasta el punto en que se debe comenzar a hablar de los diferentes atributos de cada una de los materiales y, especialmente, de su sistema de conexiones.

El desarrollo de esta industria se ha extendido mucho en los últimos años, encontrándose disponible en la mayoría de las plantas transformadoras del acero. Por su parte, el mercado de la construcción ha recibido con muy buena aceptación este sistema constructivo que en muchos países representa una nueva forma de construir. En los países de tradición maderera, en cambio, el Steel Framing mantiene el concepto y la forma de construir y sólo cambia el material con que lo hace. En los primeros, el sistema enfrenta mayores resistencias que en los segundos. En muchos países de América Latina, de escasa o menor tradición de construcción en madera y más cercanos a las construcciones en elementos pétreos -al decir de E. Torroja- como los adobes, albañilerías de arcilla o de hormigón, esta forma de construir en base a elementos ligeros debe convencer y difundir sus atributos con mayor fuerza que en países de tradición en madera como los ya comentados.

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Conjunto vivienda social en Coihayque – Chile – Patricia Corbalán – Arqto.

La versatilidad de este sistema constructivo permite recibir las más variadas expresiones y terminaciones exteriores e interiores por lo que se adapta muy eficaz y eficientemente a distintos requerimientos y tipologías de proyectos. En verdad, con el Light Steel Framing, se puede concebir, proyectar y construir una gran diversidad y variedad de proyectos.

Sin embargo, más allá de los esfuerzos de difusión que son responsabilidad de cada productor, los atributos y ventajas de esta forma de construir y de proyectar son múltiples. Entre ellos:

Los perfiles de acero son de bajo espesor, variando entre los 0,5mm (para elementos no estructurales) y los 0,85mm y 1,5mm (para elementos estructurales), por lo que las estructuras son de muy bajo peso, muy maniobrables y fácilmente transportables por hasta uno o dos personas.

Los perfiles de acero tienen gran resistencia mecánica y permiten conformar estructuras de grandes prestaciones que responden a altas exigencias estructurales.

Los perfiles de acero son estables dimensionalmente y no varían por efecto de humedades o temperaturas del ambiente.

Los perfiles de acero galvanizado no son atacadas por insectos, hongos ni moluscos.

Los perfiles galvanizados de bajo espesor tienen una muy buena resistencia frente a los riesgos de corrosión, tanto por su protección galvanizada (hecha por inmersión continua –hdg) como por su posición protegida dentro de los tabiques.

Por tratarse de perfiles abiertos, son anidables y demandan menos espacio para su transporte.

Permiten soluciones de estructuras sismo resistentes

Permiten una instalación rápida y simple

Son de bajo costo

La resistencia al fuego se logra mediante recubrimientos de planchas de yeso-cartón o de fibrosilicato que, en los espesores comerciales y habituales (10,12 o 15mm) logran resistencias generalmente aceptadas en las distintas construcciones de viviendas o comerciales en los distintos pisos en que se aplica.

 

2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Los principios y elementos básicos de este sistema constructivo se detallarán según su función estructural en el conjunto de una edificación. Las explicaciones y recomendaciones que se presentan son genéricas y pueden variar entre distintos productores. Por otra parte, estas recomendaciones no pueden ni deben reemplazar el proyecto y consideraciones de cálculo específico que necesariamente deberá hacerse para cada proyecto.

2.1. Tabiques Estructurales

Los tabiques estructurales son sistemas que toman cargas verticales (entrepisos, cubiertas) por pesos propios o sobrecargas de uso, además de cargas horizontales (viento y sismo) cuando corresponda. Se construyen con perfiles de espesores entre 0,85 y 1,6mm para conformar un entramado básico de soleras y montantes o pies derechos. Normalmente los montantes se instalan a 400 o a 600mm, ajustándose a

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las dimensiones habituales de las planchas de revestimiento interior (yeso-cartón, fibro cemento) o exterior (tableros de madera contrachapada o de partículas).

Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Las uniones entre los elementos se hacen atornilladas (a razón de un tornillo en cada ala) mediante tornillos autoperforantes de # 7 x7/16” que se deben instalar, en la medida de lo posible, mediante atornillador eléctrico con torque, para evitar sobre apretar la conexión. No se deben aplicar remaches. Uniones soldadas no son recomendables dada la dificultad que representa soldar elementos tan delgados por las deformaciones que induce la temperatura de soldadura. Es recomendable prefabricar los tabiques (a pie de obra o en taller) ya que hacer las conexiones de los elementos por separado es más demoroso.

Soleras inferiores y superioresSon perfiles abiertos tipo “U” de dimensiones ligeramente superiores a las dimensiones de los montantes, a fin de permitir anidarlos en ellos. Las dimensiones varían según cada fabricante, pero se sitúan generalmente entre 42mm x 25mm (eq. 2” x 2”), 62mm x 25mm (2” x 3”), 92mm x 30mm (2” x 4”), 103mm x 30mm ((2” x 5”), 153mm x 30mm (2” x 6”), 203mm x 30mm (2” x 8”) y 253mm x 30mm (2” x 10”).

Las conexiones entre los montantes y las alas de la solera inferior y superior se hacen mediante tornillos autoperforantes cabeza de lenteja de # 7 x7/16” a razón de uno por cada lado o ala.

Las soleras inferiores se deben fijar al piso (radier o sobrecimiento) mediante anclajes mecánicos ya comentados.

Sin perjuicio de que la solera superior confina el tabique, se debe agregar un perfil que actúe como una cadena o amarra superior, lo que se detalla en el punto c siguiente.

Montantes o pies derechosLos perfiles que se usan como montantes son canales atiesadas de dimensiones ligeramente inferiores a las de las soleras a fin de permitir alojarlos dentro de las soleras inferiores y superiores. Se fabrican en espesores de 0,85mm, 1,0mm y 1,6mm y las dimensiones más habituales (aproximadas a las respectivas dimensiones en pulgadas de la madera) son 40 x 38 x 6mm (2” x2”); 60 x 38 x 6mm (2” x 3”); 90 x 38 x 12mm (2” x 4”); 100 x 40 x 12mm (2” x 5”); 150 x 40 x 12mm (2”x 6”); 200 x 40 x 12mm (2” x 8”) y 250 x 50 x 15mm (2” x 10”)

Cadenas y DintelesTal como se mencionara anteriormente, se debe completar el tabique con una cadena o amarra superior que permita distribuir las cargas superiores.

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Para casas de un piso que sólo recibirán una estructura de cubierta, basta con la instalación de una doble canal tipo “U” conformando un perfil cerrado (18).

En el caso de tratarse de una edificación de más de un piso, se deberá hacer una viga compuesta en base a dos perfiles atiesadas tipo “C” enfrentadas que reciben una canal abierta tipo “U” en su cara superior e inferior. (19) Todas estas vigas compuestas en base a elementos tipo de perfiles galvanizados de bajo espesor se deben conectar mediante tornillos cabeza de lenteja a un distanciamiento no superior a 400mm.

Para salvar las luces correspondientes a vanos de ventanas, ventanales y/o puertas se debe considerar la ejecución de una viga en base al mismo principio detallado precedentemente.

El detalle de la fijación de los envigados y/o estructuras de cubierta a estas cadenas superiores se detalla más adelante.

Un aspecto a cuidar es la conexión del tabique al piso (radier o sobrecimiento) la que debe considerar conexiones mecánicas mediante pernos de anclaje de mín. 8mm a un distanciamiento no superior a los 600mm o según lo detalle el proyecto de cálculo respectivo.

Se pueden usar pernos de expansión si las condiciones geométricas y de resistencia del hormigón lo permiten. La instalación de hilos mediante anclajes químicos (hay gran variedad de ellos, de uno o dos componentes) es una alternativa muy recomendada. También es frecuente dejar insertos de barras de acero en el hormigón, los que posteriormente pueden doblarse y fijarse mediante clavos a un trozo de madera que se instala como taco. Es de gran importancia que se instale un refuerzo en la zona de la solera que recibirá la conexión de anclaje al piso. Esto debido a que los bajos espesores de los perfiles que forman las soleras podrían desgarrarse ante un esfuerzo importante. Para resolver este inconveniente se suelen instalar tacos de madera (11/2” x 3” ó 4” por 0,25m de largo ).

          Detalle de fijaciones al piso – Gentileza Cintac

Otra solución muy utilizada es instalar un trozo de perfil tipo “C” de los montantes o aún un tozo de perfil de acero al carbono de mayores espesores . Las distintas soluciones son posibles y se podrán aplicar según mejor aprovechamiento de materiales disponibles, sin embargo lo importante es que distribuyan el esfuerzo en una superficie de contacto mayor que la carga puntual del anclaje.

Fijaciones mediante clavos de impacto sólo son aplicables a elementos no estructurales o para los efectos de una conexión temporal o de montaje.

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Detalle Gentileza Cintac

Otro aspecto importante en zonas sísmicas y/o expuestas a esfuerzos importantes de viento es que se deben considerar anclajes especiales en algunos puntos críticos. Estos anclajes reforzados deben tomar el esfuerzo de tracción que afecta a las estructuras sometidas a esfuerzos horizontales. Para éstos efectos, estos anclajes especiales se fijan no sólo a las soleras inferiores sino que a la parte inferior de los montantes en los vértices de la construcción o donde lo señale el proyecto de cálculo correspondiente.

Anclaje de esquina – Gentileza Cintac

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   Detalles de Anclajes Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Gentileza Cintac

Diafragmas Rígidos y Arriostramientos

Finalmente, se deben considerar soluciones que permitan rigidizar las estructuras de entramados a fin de evitar la deformación por acción de esfuerzos horizontales. Existen, básicamente dos soluciones para esto:

a. Arriostramiento mediante diagonales

Se puede ejecutar un arriostramiento en cruz en el plano de un tabique mediante flejes de ancho variable confeccionados en base a la misma plancha de acero galvanizado de bajo espesor (0,85mm) con que se

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confeccionan los perfiles. La fijación en los extremos inferiores y superiores se hace mediante una placa tipo Gousset atornillada a las alas de las soleras y los montantes según detalle y/o cálculo.

Detalles de Arriostramientos; Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Una vez fijado el gousset a la estructura se podrá fijar el flete tensor. Se deberá cuidar de darle manualmente la mayor tensión posible evitando que quede flojo. La fijación se hace mediante tornillos auto perforantes al gousset según detalle o recomendación de cálculo.

Detalles de Fijación de Diagonales; Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Como se ha mencionado en otros capítulos, la eficacia de un sistema de diagonales de arriostramiento depende de su tensión. Diagonales que no estén en tensión no sólo no cumplen con la función si no que pueden exponerse a un efecto de “látigo” que puede resultar muy perjudicial para la estructura. De manera que se debe poner especial atención al tensado de este elemento.

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Para ello, se han desarrollado soluciones muy ingeniosas, como la inclusión de un trozo de ángulo de acero de unos 4mm de espesor que lleva una perforación por la que pasará un perno. El fleje tensor tiene también una perforación que permite pasar el perno. El conjunto del ángulo de acero y el fleje es apretado mediante una tuerca lo que induce una deformación del fleje que se “acorta”. En otras palabras, se tensa. Las diagonales no deben fijarse a los pies derechos a excepción de los extremos de fijación. Tampoco deben fijarse entre sí en su punto de cruzamiento.

Gentileza Cintac

b. Arriostramiento mediante planchas o placas rígidas

Una solución muy extendida, muy práctica y segura, es la instalación por la cara exterior del panel o tabique estructural de un revestimiento tipo placa rígida arriostrante. Es frecuente que esta placa sea de madera contrachapada de 10mm o tablero de partículas tipo OSB de 9,5mm. No deben usarse planchas de madera aglomerada de ningún tipo, tampoco planchas de fibrocemento, yeso cartón o cualquier otra plancha cuyo comportamiento mecánico a esfuerzos en el plano no esté de acuerdo a los requerimientos estructurales.

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Gentileza Cintac

Una consideración especial se debe dar al patrón de fijación de estas planchas arriostrantes a la estructura de pies derechos y soleras, lo que se hace mediante tornillos autoperforantes cabeza de lenteja de #8x 1”. La consideración se debe a que es necesaria la fijación continua de la plancha a la estructura del entramado a fin de asegurar la función estructural para la cual está concebida. Dicho patrón de fijación debe considerar una fijación a un distanciamiento no superior a 200mm en el perímetro de cada plancha y no superior a 250mm en el centro de la plancha. Otro aspecto de importancia es que se deben considerar una dilatación mínima de 3mm entre las planchas arriostrantes. La razón que hace imperiosa esta dilatación es que estas planchas pueden ser hidroscópicas (especialmente el OSB) y sufrir dilatación con los diferenciales de humedad ambiente, lo que podría generar importantes deformaciones en el plano.

VanosPara la conformación de los vanos de puertas y ventanas se deberá considerar un refuerzo de los elementos montantes que los configuran. Aunque hay varias soluciones y dependen de cada proyecto específico, es conveniente considerar al menos las siguientes soluciones.

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Detalle de Dinteles - Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Encuentros de TabiquesUna atención especial merecen los encuentros de tabiques estructurales o no estructurales. Entre los aspectos a considerar está conservar la continuidad estructural, especialmente de los diafragmas rígidos en los casos de los paneles estructurales. Otra consideración dice relación con entregar apoyo suficiente

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para materializar las fijaciones de los revestimientos no estructurales (interiores). A continuación, algunos esquemas básicos de resolver estos encuentros.

     

Encuentro Esquina; Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C. 

Encuentro de 4 paneles en Cruz; Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

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2.2. Tabiques no estructurales

Los tabiques no estructurales, tabiques divisorios entre recintos, se estructuran bajo el mismo principio de soleras y montantes detallados para los tabiques estructurales. La diferencia principal está en el espesor de los perfiles a utilizar que suelen ser de entre 0,4 y 0,5mm.

De lo anterior se colige y se recalca que PERFILES GALVANIZADOS DE ESPESORES DE 0,5mm O MENORES NO PUEDEN USARSE EN TABIQUES ESTRUCTURALES.

Otra diferencia importante está en que las fijaciones al piso son menos exigentes y pueden hacerse con clavos de impacto a distanciamientos no superiores a 600mm.

Consideraciones especiales se deben hacer respecto a la fijación superior, la que se recomienda ejecutar exclusivamente en la conexión solera-estructura de cielo, cubierta o losa. Es recomendable que los montantes sean de un largo ligeramente inferior a la altura de piso a cileo o estructura, dejando una dilatación de 5mm entre el extremo superior del montant y la cara interior de la solera superior. Los montantes no deberán conectarse a la solera superior en el caso de los tabiques no estructurales . Lo anterior permitirá una cierta deformación básica que no afectará a las planchas de revestimiento de los tabiques no estructurales, las cuales, por la misma razón, se fijan exclusivamente a la solera inferior y a los montantes pero no a la solera superior. 

2.3.  Envigados de entrepiso

Las vigas de entrepiso se ejecutan mediante la combinación de distintos perfiles del sistema. El dimensionamiento y la disposición de las vigas de entrepiso se ajustará siempre al proyecto de cálculo.

Si la base de pavimento es de una placa de madera contrachapada u OSB (15-18 o 20mm), el distanciamiento entre las vigas recomendado es de 400mm aunque en casos especiales (y dependiendo del espesor de la planchas) puede ser de 600mm.

Gentileza Cintac

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La fijación de las vigas a las cadenas o dinteles se hará mediante el uso de un perfil abierto tipo “U” auxiliar, cuyas alas se recortan para permitir la formación de un ángulo cuyas alas traslapadas se conectan mediante tornillos autoperforantes de #7 x 1/16”.

Gentileza Cintac

Una solución posible es alojar el envigado entre un perfile tipo “U”, como se muestra en la siguiente imagen, lo que, sin embargo, exige un perfecto alineamiento entre los pies derechos del piso superior y los del piso inferior, aspecto no siempre fácil de lograr en obra.

Detalle Envigado entrepiso; Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

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Gentileza Cintac

Al igual que en el caso de los refuerzos para dinteles, existen diferentes posibilidades de configuración de elementos para solucionar diferentes vigas.

Distintas configuraciones de vigas y Dinteles

Las soluciones de balcones y voladizos son perfectamente posibles de resolver siguiendo los soluciones esquemáticas que se acompañan.

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Planta Envigado Entrepisos; Fuente: ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

El sistema Steel Frame permite la ejecución de entrepisos a partir de losas colaborantes o con sobrelosas para los efectos de construir terrazas exteriores o para mejorar la performance acústica de la solución de entrepiso.

Detalle envigado entrepiso y losa tipo steel deck – Fuente : ALACERO Steel Framing – Arquitectura –Sarmanho Freitas, A.M; Moraes de Crasto, R.C.

Existen soluciones de envigados que permiten alojar bovedillas de poliestireno expandido y recibir una base de pavimento de una losa de hormigón armado. También es posible hacer soluciones en base a losas colaborantes en edificaciones hechas en base a estructuras de steel frame. Una consideración especial se deberá tener en el diseño y cálculo estructural para asegurar la conexión mecánica entre la losa y la estructura.

2.4.  Estructuras de cubierta

Para la solución de estructuras de cubierta existen diversas soluciones de cerchas y envigados confeccionados en base a los perfiles galvanizados de espesores entre 0,85mm y 1,6mm. En los gráficos siguientes se pueden observar algunos ejemplos, sin embargo es necesario recalcar que las bases de diseño y el cálculo varían entre los diferentes productores y productos y dependen fundamentalmente del

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proyecto de cálculo estructural que se deberá ajustar a las condiciones de cada proyecto y de cada emplazamiento.

Las posibilidades estructurales que ofrece el sistema del Steel Frame permite resolver las más diversas configuraciones y geometrías de estructuras de cubiertas. La mayoría de las empresas que fabrican y proveen los perfiles de acero galvanizado de bajo espesor han desarrollado también servicios de diseño, cálculo y, en algunos casos, hasta de prefabricación de las estructuras. Es conveniente consultar con los proveedores más cercanos al lugar del emplazamiento de los proyectos.

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Distintas configuraciones de estructuras de cubiertas en base a cerchas y detalle de fijación. Gentileza Cintac

Complementando esta información, dejamos links a una publicación de ALACERO sobre el Steel Framing, de Arlene M. Sarmanho Fretias y Renata C. Moraes de Crasto, desarrollado especialmente para arquitectos.

Link:  ALACERO - Steel Framing Arquitectura

 

ESTRUCTURAS MIXTASFrancis Pfenniger

Se definen estructuras mixtas aquellas en que se utiliza miembros de construcción de acero y hormigón, incluido el hormigón armado, la más común de las aplicaciones de este concepto. Sin embargo, el interés de este documento es mostrar otras aplicaciones de estructuras mixtas que hagan actuar en conjunto elementos de hormigón y elementos de acero distintos de las barras de refuerzo que corresponden al hormigón armado. Más que profundizar en aspectos específicos del cálculo estructural, para lo cual recomendamos algunos documentos (Roberto León; Ricardo Herrera, Juan Felipe Beltrán y Leonardo Massone), intentaremos compartir una visión de estas estructuras mixtas como un recurso disponible al servicio de los proyectos de arquitectura. Las ventajas de las estructuras mixtas y las motivaciones que llevan a su aplicación pueden ser de variada índole, desde estructurales, de resistencia al fuego o incluso constructivas.

Pese a las evidentes ventajas en materia de resistencia al fuego que proveen los recubrimientos de hormigón de los perfiles de acero, no hay que confundir esa solución constructiva con las estructuras mixtas. En efecto, en dichos casos, el hormigón de recubrimiento sólo cumple la función de protección.

En términos estructurales, las estructuras mixtas permiten optimizar el trabajo de cada uno de los componentes (el acero a tracción o compresión, y el hormigón a compresión), logrando atractivas

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soluciones tanto desde el punto de vista de la estructura como del diseño. Comentaremos más adelante algunos ejemplos de soluciones para distintos componentes de un edificio.

Por otra parte, en algunos casos la cantidad de barras de refuerzo en los miembros estructurales de hormigón reforzado dificulta el adecuado vaciado y vibrado de los mismos, lo que ha llevado a proponer concentrar las secciones de acero en barras en algunos perfiles de acero. Esta situación se puede dar tanto en las soluciones con perfiles de acero embebidos en el hormigón (perfiles HEB, por ejemplo) como aquellas en que elementos de acero envuelven la estructura (como “encamisados” de planchas de acero en pilares de sección circular). Un ejemplo de esto último lo mostramos en el caso del edificio de la Torre Titanium, de Santiago de Chile. En ese caso, la envoltura de acero actúa tanto como encofrado (moldaje) como parte del refuerzo de acero.

Torre Titanium – Santiago de Chile

En la misma línea de estructuras mixtas se levantaron algunos edificios de media altura con el sistema de Hormigón Armado Prefabricado (HAPE) desarrollado en Chile por el ingeniero Jorge Espinoza Otto. En este sistema prefabricado en planta, las columnas, vigas y arriostramientos se prefabrican en base a un núcleo interior en perfiles soldados doble T en dimensiones según cálculo que se complementa con las barras de refuerzo del hormigón y el recubrimiento de concreto. Las uniones se materializan en terreno entre los miembros de acero y son soldadas y/o apernadas, según corresponda al detalle. El nodo es, posteriormente recubierto con concreto vaciado en obra.

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Hotel Nippon, Santiago de Chile. Sistema Hape. Obra gruesa y detalle de fachada poniente F. Pfenniger arquitecto

Una aplicación interesante y reciente de la construcción mixta acero – hormigón corresponde al Edificio Cruz del Sur, de los arquitectos Izquierdo y Lehmann, en Santiago de Chile. El edificio terminado en septiembre de 2009 (pocos meses antes del terremoto de febrero 2010) tiene una forma de pirámide invertida y representa un desafío estructural muy interesante. Cabe mencionar que tuvo un excelente desempeño en el terremoto que afectó a Chile el año 2010, al que resistió sin sufrir daños.

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Edificio Cruz del Sur – Santiago de Chile; Izquierdo y Lehman, arquitectos; www.izquierdolehmann. comFuente: www.skyscrapercity.com

Estructuralmente, las cargas laterales que pueden afectar al edificio son tomadas por los muros del núcleo central, mientras las columnas del perímetro toman las cargas verticales. La transferencia de estas cargas verticales desde el perímetro al núcleo en el punto de quiebre se logra mediante el uso de columnas mixtas. En los anexos se adjunta un breve artículo con más antecedentes de este proyecto.

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Edificio Cruz del Sur; Izquierdo y Lehmann; Fuente http://ingenieriaycomputacion.blogspot.com

En general, aunque más adelante mostraremos por separado los componentes de una solución mixta, la aplicación de estos componentes estructurales mixtos es posible en sistemas estructurales convencionales como, por ejemplo, marcos de momentos, marcos arriostrados y/o conexiones de muros de hormigón armado mediante vigas mixtas.

1. Vigas Mixtas

Una de las primeras aplicaciones de la construcción mixta fue la combinación de vigas de acero y losas de hormigón. El aporte de la losa a la rigidez permite reducir el la altura de las vigas. Sin embargo, para que esta colaboración realmente sea efectiva se debe asegurar que las vigas de acero y la losa de

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hormigón actúen en conjunto, evitando los desplazamientos relativos entre ambos componentes. Para ello se hace necesaria la incorporación de conectores de corte entre ambos componentes.

Existen diferentes soluciones para materializar estas conexiones de corte pero, básicamente, lo que se espera es que, por una parte se evite el deslizamiento entre los componentes y por otra que, resultado de la actuación conjunta de la losa y la viga de acero, el eje neutro se desplace hacia la losa, con lo que la altura total de la viga estará solicitada a tracción, su condición de trabajo más eficiente, como se expresa en la figura 02. Al aplicar esta solución mixta, adicionalmente también se puede reducir la anchura de ambas alas de la viga.

Figura 02. Fuente Clases Teóricas prof. S. Maino

La figura a es una viga mixta con pernos de corte y losa de hormigón armado realizada in situ.

La figura b es una losa prefabricada con huecos en los pernos de corte para asegurar la unión entre los dos materiales.

La figura c es una losa prefabricada con una junta longitudinal que cae sobre la viga de acero donde se sitúan los pernos de corte.

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Soluciones de vigas mixtas La figura d y e son unas vigas mixtas con una unión entre acero y hormigón por rozamiento, mediante pernos. La losa puede ser prefabricada o realizada in situ.

La figura f es una viga mixta de entramado con losa prefabricada, en la cual la viga no cuenta con el cordón superior y es fijada con pernos a la losa.

Esta solución es posible de aplicar en losas tradicionales vaciadas in situ y también (aunque con algunas complejidades de construcción adicionales) en soluciones de losas o losetas prefabricadas de hormigón armado y/o pretensado. En estos últimos casos, se deben dejar perforaciones en los componentes de hormigón prefabricado que permitan materializar la conexión y completar mediante vaciado in situ el hormigón que completa la solución.

2. Losas mixtas

Hoy en día se han desarrollado sistemas conocidos como Steel deck (sofitos metálicos) que ya hemos comentado anteriormente y que permiten resolver en forma eficiente aspectos de constructividad importantes: la eliminación de los encofrados o forjados necesarios para vaciar el hormigón de la losa y la drástica reducción de los sistemas de soporte o alzaprimados de los forjados de losas, lo que permite una mayor libertad de trabajo en el piso inmediatamente inferior. En el sistema de steel deck, las tensiones de tracción en la cara inferior de la losa son resistidas por la chapa de acero. Aunque en el lenguaje corriente se suelen mencionar como losas colaborantes, en estricto rigor los steeldeck o sofitos metálicos pueden ser colaborantes o no colaborantes. El grado de colaboración cubre una amplia gama, desde 0 al 100 %. En Latinoamerica, hay varias patentes asociados a esta solución.

Igual que en el caso anterior, es importante asegurar la conexión entre la chapa de acero del steel deck y la losa de hormigón a fin de lograr un efectivo trabajo conjunto. Para ello, los productos tipo steel deck desarrollados suelen tener indentaciones en sus caras que aseguren esa conexión mecánica. Es importante señalar que en el caso de las soluciones de losas con Steel deck, se deben instalar igualmente los conectores de corte que conectan las vigas y la losa de hormigón.

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Aunque están concebidos como soluciones que se complementan muy bien con una estructura principal de acero, se conocen aplicaciones en edificios estructurados con marcos de hormigón armado que han optado (por las razones de constructivas ya mencionadas: velocidad de construcción, eliminación de forjados o moldajes y por la reducción de las alzaprimas en los pisos inferiores). Es el caso de otra de las grandes torres construidas en los años recientes en Chile: la Torre del Costanera Center.

3. Columnas

En el caso de las columnas se conocen básicamente dos tipos de miembros mixtos, a saber, los confeccionados con perfiles embebidos en el hormigón (conocidos como ferroconcreto) y los perfiles tubulares rellenos de hormigón (concrete-filled tubes o CFT) como los ya comentados en el caso del edificio Titanium.

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En el caso de los miembros tipo ferroconcreto, el perfil embebido aumenta su capacidad al pandeo y su resistencia al fuego. Se requiere de armadura de refuerzo transversal para confinar el hormigón y restringir el pandeo de las barras de refuerzo.

En los casos de los CFT el tubo o encamisado de acero actúa como forjado o moldaje y, simultáneamente como parte de la enfierradura de refuerzo transversal y/o longitudinal. Como ya hemos visto, dependiendo de las solicitaciones y del proyecto, esta solución es posible de complementar con barras de refuerzo longitudinal y transversal. El hormigón actúa, a su vez en la doble función de retrasar el pandeo local del tubo de acero y como disipador del calor por masa térmica, colaborando a mejorar la resistencia a altas temperaturas de la columna mixta (Shakir-Khalil 1988, Wang 2002 en Disposiciones de diseño para elementos compuestos; Herrera, R; Beltrán, L.F)

4. Arriostramientos

Para edificios con marcos arriostrados existen distintas soluciones de miembros de arriostramiento que combinan las soluciones comentadas arriba: un encamisado exterior en acero que contiene un relleno de hormigón que lleva, además uno o más insertos de perfiles de acero. Como se muestra en los esquemas siguientes, núcleos cruciformes o núcleos en base a pletinas simples o dobles son los encargados de tomar las cargas axiales de compresión y tracción en tanto el relleno de concreto tiene la responsabilidad de evitar el pandeo del núcleo. En este caso, es importante que no exista adherencia entre el acero del núcleo y el hormigón A su vez, el encamisado actúa muy eficazmente en el confinamiento del hormigón. Sin embargo, como señalan Herrera y Beltrán, muchas de estas soluciones están asociadas a patentes que llevan a que para la utilización de esta solución se deba acudir a los fabricantes exclusivos.

Hemos anexado algunos documentos que permiten profundizar en algunos aspectos del proyecto estructural y otras consideraciones que pueden ser de interés. En ellos, se da cuenta del estado del arte en materia de estructuras mixtas y se comentan algunas de las recomendaciones y códigos atingentes, como las AISC. Ellos son:

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- Desarrollos recientes en construcción mixtas en los Estados Unidos de Norteamérica; León, Roberto T. - Disposiciones de diseño para elementos compuestos; Herrera, Ricardo, PhD., Beltrán, J. Felipe, PhD. - Diseño Sísmico de estructuras mixtas; Herrera, Ricardo, PhD.- Recomendaciones de Diseño de Columnas Mixtas; Carrasco N., Sebastiçan; Herrera, Ricardo; Beltrán, J. Felipe; Massone, Leonardo; ALACERO- Artículo Interesante utilización de construcción mixta; Inmobiliaria Paz.

 

VIGAS DE CELOSIAFrancis Pfenniger

Una forma bastante común de resolver las exigencias estructurales de salvar las grandes luces es mediante el uso de vigas de celosía o cerchas. La ventaja del uso de este tipo de soluciones es que obvia el uso de perfiles estructurales pesados, ocasionalmente no disponibles en el mercado local. En efecto, la disponibilidad de vigas conformadas en frío está limitada a ciertas secciones que varía según la producción local, pero no suele sobrepasar los 400mm de altura. Por otra parte, la disponibilidad de vigas laminadas de secciones mayores depende tanto de la producción local (no en todos los países de la región de producen vigas laminadas) como del oportuno suministro en caso de importaciones.

Aún así, hay también buenos argumentos para estructurar sobre la base de vigas de celosías a partir de componentes de menores dimensiones. Entre ellos, aparte del uso y aprovechamiento de perfiles plegados disponibles en el mercado local, hay que mencionar el bajo peso de estas estructuras, su liviandad visual y el hecho de que permiten despejados avances horizontales de ductos e instalaciones.

Típicamente, una viga de celosía está conformada por un cordón superior, un cordón inferior y un sistema de barras que las conectan, que pueden instalarse verticales y diagonales, o solamente en diagonal.

 Esquema viga de entramado. Fuente, clases teóricas prof. S. Maino; Alacero; disponible en este sitio

Existen diferentes formas de conectar los cordones superior e inferior para conformar una viga de celosía, algunas de las cuales tienen nombre propio y se muestran a continuación.

Page 36: Sistema Constructivo en Metal o Acero

1.

1.

a. Viga Prattà diagonales  convergen hacia el centro

b. Viga Howeà diagonales salen desde el centro

c. Estructura Reticular isostática

d. Estructura reticular rómbica sin montante

e. Reticular rómbica con montante central à estable

f. Estructura en red

g. Estructura en K

h. Viga Warren à reticular sin montantes

Las soluciones de celosía han sido usadas ampliamente en estructuras industriales, entre otros en forma de marcos bi o tri articulados.

Construcción de galpones industriales simples a partir de marcos triarticulados. La obra no está terminada, como se puede apreciar, puesto que no tiene los arriostramientos

Page 37: Sistema Constructivo en Metal o Acero

Sin embargo, a partir de la reinterpretación de estas estructuras simples, también se han desarrollado proyectos de gran interés arquitectónico, como por ejemplo, la Bodega Huanuco - de los arquitectos E. Fam-D. Pinochet-L. Suárezen Chile.

Bodegas Huanuco, Santiago de Chile - E. Fam-D. Pinochet-L. Suárez– arquitectos

La racionalidad y liviandad de estas estructuras ha sido motivo de muchas investigaciones, tanto en el campo estructural y constructivo, como en el campo del diseño arquitectónico. Entre los muchos ejemplos que se pueden citar (y que, con toda seguridad se pueden enriquecer con mucha información local a la que no tenemos acceso), no podemos dejar de mencionar los desarrollos pensados para escuelas por Ezra Ehrenkrantz para la School Construction Systems Development (Scsd) en la década de los 60 y el sistema Patera, desarrollado por Michael Hopkins en la década de los 80. El sistema Patera fue concebido como un sistema prefabricado de pequeños edificios industriales que se vendían en modulaciones de 12m x 18m y 5m de altura interior, completamente listos para armar. Gracias a un diseño de detalle muy cuidado, se logra estructurar con base en perfiles muy esbeltos y de bajo peso que se complementa con un revestimiento de chapas de acero corrugadas (se usan las mismas chapas en muros y cubierta) que suministran arriostramiento en los planos horizontales de la estructura. El montaje en obra se hacía en pocos días con tres operarios y una pequeña grúa. Lamentablemente sólo queda uno de estos edificios en pie, el que alberga la actual oficina de Hopkins & Partners en Londres: las demás fueron desmanteladas para habilitar desarrollos inmobiliarios.

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  SCHOOL CONSTRUCTION SYSTEMS DEVELOPMENT (SCSD) - EZRA EHRENKRANTZ

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PATERA BUILDING SYSTEM (1980-82) MICHAEL HOPKINS 

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http://www.engineering-timelines.com

Otro caso interesante es la casa Eames, que corresponde a la Casa Case Study House Nº 8 de la mencionada iniciativa de John Entenza del programa de las Case Study Houses realizado en la postguerra en California. La pareja de arquitectos y diseñadores Ray y Charles Eames diseñaron esta casa-estudio para ellos mismos logrando un edificio icónico de la arquitectura moderna en USA que es, hasta hoy, una referencia relevante. La fotografía de la casa en obra, da cuenta de la simplificación extrema del concepto estructural y muestra, en la cubierta, las vigas en celosía que completan la estructura.

EamesHouse –

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Interior Eames House http://www.eichlernetwork.com/article/steel-houses-steel-ideal?page=0,2

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Casa Eames - otrootroblog.blogspot.com

Page 43: Sistema Constructivo en Metal o Acero

Casa Eames - http://www.greatbuildings.com

Aunque hemos destacado hasta aquí estructuras livianas que parecen destinarse a obras menores o de pequeñas luces, los sistemas de vigas de celosía son posibles de ejecutar en las más diversas escalas. En efecto, de acuerdo a con las recomendaciones de altura de las vigas de celosía en función de la luz que salvan son eficaces entre los 8 y los 75 m de luz, debiendo considerarse una altura de viga aproximada de entre 1/10 – 1/15 de la luz. Si el sistema se concibe como un entramado de vigas (en dos sentidos) se pueden cubrir eficientemente hasta luces de 90m con alturas de vigas entre 1/15 y 1/20 de la luz. (ver– Arquitectura y Acero, Borgheresi, H; Pfenniger, F; Vol 2; pag. 38; ICHA 2001).

Una aplicación frecuente de estas vigas en estructuras mayores es en puentes y, frecuentemente, en puentes de ferrocarril o vehiculares. Sin embargo, a diferencia de las estructuras menores que se pueden ejecutar en perfiles conformados en frío, en éstos casos, tanto por las luces como por las magnitudes de las cargas, deben usarse perfiles laminados en caliente.

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Un ejemplo clásico de este tipo de estructuras es el puente

Puente Firth of Forth –Fuentehttp://www.puentemania.com/385

Una de las recomendaciones importantes para el diseño de vigas de celosía es que las cargas o los apoyos de los miembros soportados por la viga deberán, preferentemente, descansar sobre los nudos que se consideran articulados, evitando los apoyos en los tramos intermedios. De esta manera las barras están sometidas exclusivamente a solicitaciones axiales. En caso contrario hay que considerar los efectos simultáneos de momentos flectores y fuerzas axiales.

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Esquema viga de celosía. Fuente, clases teóricas prof. S. Maino; Alacero; disponible en este sitio

Esquema cargas no recomendadas obre viga de celosía. Fuente, clases teóricas prof. S. Maino; Alacero; disponible en este sitio

Otra consideración interesante respecto de las vigas de celosía es que se pueden especializar los elementos que la componen en función de las solicitaciones. Esto permite, entre otras cosas, diferenciar las secciones de los elementos comprimidos –que serán más robustos – de los elementos sometidos a tracción – que serán más esbeltos (dada la eficiencia del trabajo de los perfiles de acero a la tracción al no aparecer los problemas de pandeo). Entre las recomendaciones generales se señala que se debe procurar que las barras sometidas a compresión tengan mayores secciones para evitar el pandeo y que los elementos más largos estén sometidos a tracción.

Esto puede permitir importantes ahorros en el peso de la estructura (y consecuentemente en su costo) pero tiene, además un efecto estético y de diseño que es interesante explorar, como se aprecia en los diagramas siguientes, extraídos de los cursos teóricos del Prof. S. Maino desarrollada para Alacero y disponible en este sitio.

Un aspecto importante a tener en cuenta es el arriostramiento lateral de las vigas de celosía en las formas de pandeo, como se puede apreciar en las figuras siguientes, extraídas del cuaderno técnico Nº 6 del Manual de Diseño de Estructuras de Acero de Sidetur.

Page 46: Sistema Constructivo en Metal o Acero

Sin perjuicio de lo anterior, es necesario recalcar la importancia de los arriostramientos entre vigas y o cerchas como se expresa en el esquema siguiente,

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Una variante de las vigas de celosía lo constituyen las vigas atirantadas, en que los elementos en tracción son reemplazados por cables. En las imágenes siguientes se muestran algunos ejemplos: a) viga Fink doble; b)Fink múltiple; c) viga Bolmann y d) viga Pratt.

Una variante particular de los sistemas de vigas de celosía lo constituye la viga Vierendeel cuyos cordones superiores e inferiores están conectados sólo por elementos verticales y no cuenta con elementos diagonales. Lo anterior obliga a que esta viga tenga uniones rígidas en todos los nudos, lo que la hace más pesada que una viga de entramados con elementos diagonales. Pese a lo anterior, la viga

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Vierendeel tiene muchos usos, especialmente porque libera casi completamente el espacio inferior, permitiendo el avance libre de instalaciones y/o circulaciones.

Vigas: Pratt (superior) y Viga Vierendeel (inferior)

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Vigas Vierendeel de la Remodelación de la Scala de Milá; Mario Botta.

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Montaje de Viga Pratt

Una estructura típicamente de entramados corresponde al sistema Steel Joist que en algunos casos ha sido desarrollado como un sistema estandarizado o precalculado. El Steel Joist Institute viene publicando documentos técnicos relacionados con el análisis y el diseño, la fabricación, el transporte y el montaje del sistema de steeljoist desde 1932, lo que se pueden adquirir en el sitio dewww.steelJoist.org.

En 2012, Gerdau Aza (Chile) lanzó al mercado su Manual de Diseño Sistema Constructivo JOISTEC, desarrollado por Bascuñán, Maccioni e Ingenieros Asociados (BMing) de los autores Alberto Maccioni y Bárbara Rodríguez, actuando como consultor el ingeniero Rodolfo Vergara del Pozo. Hay mucha información disponible sobre este sistema en el sitio de Alacerohttp://www.construccionenacero.com/Search/Results.aspx?k=JOIST, en el que, además se tiene acceso para solicitar el manual de Gerdau Aza-BMing mencionado anteriormente.

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Sistema de Joist y Girders en proyecto en Maipú, Santiago de Chile. Fotografía gentileza de Gerdau.

 

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SOLUCIONES DE ESTRUCTURAS COLGANTES EN EDIFICIOS

F. Pfenniger

Muchas veces se ha comentado que una de las características interesantes del acero para la arquitectura y la construcción es la esbeltez que se puede lograr con las estructuras. Hace pocos meses atrás incluimos una pequeña reflexión sobre la esbeltez desde una perspectiva económica, más allá de las evidentes implicancias que esta esbeltez representa en la configuración del espacio y en la estética de lo construido, algo que hemos llamado el lenguaje del acero. (ver http://www.arquitecturaenacero.org/soluciones-constructivas/60-soluciones-constructivas).

En esta oportunidad queremos comentar algunos conceptos estructurales y explorar algunos ejemplos que permiten llevar esta idea de lo esbelto a un extremo interesante aplicable a la edificación. Se trata de las estructuras suspendidas o colgantes aplicadas en proyectos de edificación.

En efecto, hemos comentado muchas veces que una de las ventajas del acero es, precisamente su excelente comportamiento en tracción. Es en condición de tracción donde se logran las menores secciones de los elementos estructurales, dado que, como comentamos en otro documento en este sitio (ver http://www.arquitecturaenacero.org/soluciones-constructivas/41-uniones-y-conexiones- conexiones base - columna) la sección no está limitada por pandeo, como sucede con los elementos sometidos a compresión. Lo anterior es más evidente aún si el esfuerzo de tracción se transmite por el eje del elemento y no está combinado con otros esfuerzos, con lo que se logrará la mayor eficacia y la mejor relación masa-resistencia, permitiendo secciones muy bajas. Los elementos comprimidos, por el contrario, tendrán secciones mayores entre otros aspectos, para contrarrestar los esfuerzos de pandeo comentados. Esto puede ser explotado en el diseño de las estructuras mediante la diferenciación de las distintas secciones de los elementos tensados y comprimidos, lográndose estructuras muy livianas y con una presencia de muy baja de material. Un ejemplo de lo anterior es la estructura de la viga Fink compuesta del puente de ferrocarril que se muestra a continuación y que fuera comentada en este mismo sitio hace unos meses (ver http://www.arquitecturaenacero.org/soluciones-constructivas/23-estructura)

 

Page 53: Sistema Constructivo en Metal o Acero

Es evidente que para tener elementos en tracción se deberán concentrar los esfuerzos de compresión en algún punto de la estructura. Lo anterior quiere decir que si tenemos un buen elemento desde el cual colgarnos, podremos proveer apoyos que, en vez de estar directamente conectados al terreno, estén suspendidos de dicho elemento. Un ejemplo clásico de lo anterior son los puentes colgantes o atirantados.

 Rainbow Bridge - Taipei, Taiwan

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Esta estrategia de diseño estructural tiene muchas aplicaciones y variantes que pueden llegar a soluciones de estructuras muy sofisticadas, como las exploraciones de varios autores en las estructuras del tipo tensigrity  inicialmente investigadas por Buckminster Fuller y por el escultor Keneth Snelson, que comentamos a propósito del primer premio del Concurso Torre Antena Santiago. En este concepto, las estructuras son sistemas en equilibrio que se componen de elementos comprimidos no conectados directamente entre sí más que a través de una red continua de elementos tensados. En su propuesta para el Concurso Torre Antena Santiago, Smilan Radic incursiona en una estructura de este tipo y logra una propuesta de destacada esbeltez y levedad. (verhttp://www.arquitecturaenacero.org/obras-civiles/591-torre-antena-santiago).

Otros ejemplos relativamente recientes (2009) de estructuras basadas en los principios de la tensigrity son la pasarela peatonal y ciclovía Kurilpa Bridge, en Brisbane, Queensland, Australia. El proyecto, según sus autores, evoluciona del estudio de soluciones más tradicionales que significaban, en condiciones de luces similares y en el contexto de las condiciones de terreno de fundación, significativos impactos visuales. La tipología de tensigrity se explora por su capacidad de permitir el predominio del diseño sobre las restricciones de la ingeniería permitiendo crear interesantes relaciones de escala con los edificios del entorno.

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Kurilpa Bridge - Cox Rayner Architects - Arup

Sin ir tan lejos, sin embargo, existen soluciones de uso frecuente, algunas de las cuales son bastante simples, que se pueden aplicar en edificios. Una representación evidente de ellas será, por ejemplo, el columpio. En efecto, una viga o un marco pueden ser estructuras suficientemente robustas para suspender de ellas una cadena, una cuerda o un cable que soporte una plataforma que recibirá una carga o un peso. El columpio, en tanto tal, es un mecanismo que incorpora el movimiento y demanda una conexión rotulada en la viga y, posiblemente en la llegada al tablero. Si se limita el movimiento y se le imagina simplemente suspendido nos acercamos a situaciones más frecuentes en la edificación. Existen muchos proyectos que recurren a la estrategia de suspender una parte de la estructura para lograr, una estructura interior más esbelta y menos invasiva y, simultáneamente, liberar espacio de apoyo en los niveles inferiores. Con mucha frecuencia esta estrategia se usa para la construcción de pasarelas de servicio al interior de edificios industriales. Sin embargo, existen algunos casos aplicados a otro tipo de edificios que sirven para ilustrar estas ideas.

Un ejemplo de lo anterior es el edificio Media Tic (ver http://www.arquitecturaenacero.org/edificios-comerciales/79-media-tic). En él, una estructura robusta tipo marco ejecutada con sendas columnas de

Page 56: Sistema Constructivo en Metal o Acero

celosía y una gran viga superior cuya altura corresponde a la altura de dos de sus pisos, permite suspender un total de 7 losas dejando el primer nivel completamente libre.

Edificio Media Tic- Barcelona - Enric Ruiz Geli & Cloud -

Otro ejemplo de una aplicación sencilla pero con una resolución destacada es el edificio bodegas y oficinas Huanacu, de Fam, Pinochet y Suárez (tFPS arquitectos), en Santiago de Chile. Más allá de los evidentes méritos del proyecto que lo hicieron ser seleccionado en la Primera Muestra y Premio Icha de arquitectura en Acero 2013, en su interior el cubo de las oficinas está suspendido sobre el showroom, dejando la planta del primer nivel completamente libre.

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Interior Oficina Bodegas Huanacu – Santiago de Chile– tFPS arquitectos

Fotografía de la obra: se observa el voladizo de las oficinas y un único colgador que suspende el entrepiso del marco superior.

Hay otros muchos ejemplos que se pueden comentar y citar. Por ejemplo, es el edificio de la unidad departamental, contiguop a la planta del convertidor de oxígeno de la Cía. Siderúrgica Huachipato, en Chile, diseñado por de Groote, Molina, Gubbins y Barros en 1974, recurre a esta misma estrategia. Entre cuatro módulos de hormigón armado que albergan las circulaciones verticales, se dispone de una robusta estructura de cubierta desde la cual se cuelga el edificio propiamente tal, dejando completamente libre el espacio inferior. Otro ejemplo, a mucho menor escala, es el caso de la construcción de un pequeño hotel en Santiago, en que, para permitir eliminar una columna que impedía la resolución de la circulación de vehículos en el nivel de acceso, se proyecta una viga de celosía superior desde la cual se suspende la columna de los pisos inferiores, retirando la que corresponde al nivel de acceso.

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Hotel Nippon – Santiago de Chile – Pfenniger Asociados - Obra gruesa de Viga de celosía en estructura mixta desde la que se suspenden los pisos inferiores.

Sin embargo, más que abultar con ellos, lo que nos interesa es dejar instaladas dos ideas. En primer lugar, destacar que, más allá de las estructuras de puentes y pasarelas en que estas soluciones son frecuentes, en la edificación también se pueden disponer elementos estructurales para suspender o colgar partes de una estructura desde elementos suficientemente robustos que permitan soportar dicha carga. En segundo lugar, que dichos elementos pueden muy eficientemente concebirse en acero ya que, al estar traccionados, harán trabajar al elemento en su mejor disposición y permitirán, por lo mismo, secciones sensiblemente reducidas. Existen distintas soluciones de diseño para ello que van desde el uso de cables hasta el uso de elementos tubulares o tipo barras a partir de perfiles de los más diversos tipos, secciones y conformaciones. (ver http://www.arquitecturaenacero.org/materiales/24-perfiles-y-tubos).

En esta misma edición hemos incluido un interesante proyecto de Schmidt Hammer Lassen architects que aborda este mismo tema. Se trata del edificio corporativo del banco Nykredit que forma un gran marco de hormigón armado constituido por dos edificios paralelos conectados en el piso superior por una gran placa de todo un piso de altura que deja un gran vacío central de varios pisos de altura. En este hall se disponen algunas salas de reuniones y parte del sistema de circulaciones (pasillos, escaleras y ascensores) en voladizo y/o parcialmente suspendidos de la estructura superior. 

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banco Nykredit, Schmidt Hammer Lassen architects

No podemos terminar sin algunas consideraciones adicionales importantes. En primer lugar, es necesario reiterar que, para poder aplicar una estructura suspendida, se debe contar con una superestructura suficientemente resistente que permita soportar las cargas adicionales que le serán aplicadas. Superado lo anterior, es necesario recalcar que, especialmente en países sísmicos, las estructuras suspendidas están sometidas a esfuerzos horizontales que pueden inducir desplazamientos y oscilaciones que serán tanto más significativas cuanta más masa esté suspendida. Lo anterior obliga a disponer de soluciones que eviten dichas oscilaciones y el efecto de péndulo en que pueden derivar. Para ello, el diseño de las conexiones que restrinjan estos movimientos relativos será de la mayor importancia y, posiblemente, significará una exigencia adicional en los elementos soportantes verticales que conforman el conjunto.

 

 

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Templo Bahá’í de SudaméricaFrancis Pfenniger

FICHA TÉCNICA

MandanteAsamblea Espiritual Nacional de los Bahá'ís de ChileAsamblea Espiritual Nacional de los Bahá'ís de Canadá

ArquitectoSiamak Hariri - Hariri Pontarini Architects

Concepto paisajístico y plan maestroHariri Pontarini Architects

PaisajismoJuan Grimm

Cálculo estructuralTROW/Carruthers & WallaceUniversidad de TorontoSirve S.A. DICTUCPatricio Bertholet M. Ingeniería EstructuralVMB Ingeniería Estructural

Instalaciones mecánicas y eléctricasThe OPS Group

Ingeniería de revestimientoSimpson Gumpertz & Heger

AcústicaVerónica Wulf

IluminaciónIsometrix Limarí Diseño de Iluminación

Gestión local de arquitecturaBL Arquitectos

Administración del Proyecto y Contratista GeneralDesarrollo y Construcción del Templo Bahá'í para Sudamérica Ltda.

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Fundaciones y estructura de hormigónFernández Wood Constructora S.A.

Inspección técnica de obraCTO S.A.

Superestructura y revestimientoGartner Steel and Glass GmbH

UbicaciónPeñalolén, Santiago, Chile

Superficie terreno 83 hectáreas total propiedad11 hectáreas terreno del templo

Superficie total construidaTemplo: 1.200 m²Jardines: 6 hectáreas

Capacidad600 personas

Materialidad principalVidrio, acero, piedra, madera y hormigón armado.

VegetaciónEspecies nativas, con reforestación.

PRESENTACIÓN

El proyecto comienza a gestarse e en 1953, cuando la comunidad Bahá’í decide que sea Chile el lugar de emplazamiento del Templo Bahá’í de Sudamérica. En 2002 se llama a un concurso Internacional de arquitectura en las que se solicitaba propuestas para una estructura abovedada de nueve accesos simbolizando la bienvenida a personas de todas las direcciones de la tierra. Al concurso se presentaron 185 propuestas, seleccionándose cuatro.

Finalmente el proyecto fue adjudicado a la empresa canadiense Hariri Pontarini Architects que presenta un edificio conformado por nueve alas en forma de hojas traslúcidas que emergen desde el suelo y convergen en un óculo central. El área central bajo la cúpula tiene capacidad para recibir a 600 personas, mientras en el entrepiso se disponen nueve lugares de oración y meditación más íntimos. El edificio, ligero y traslúcido, permite la iluminación natural durante el día y resplandece en la noche, como una señal en la pre cordillera de Santiago. Su posición delicada sobre la ladera es materia de una cuidada y respetuosa intervención en el paisaje.

La estructura de acero que conforma cada uno de las naves tiene un elemento central mayor como tallo del que se desprenden una serie de elementos menores que conforman la nervadura de la hoja. Su revestimiento exterior será de vidrio y el interior de mármol traslúcido. Entre los revestimientos interiores (mármol) y los exteriores (vidrio fundido) queda un espacio que alberga instalaciones de clima y seguridad (sistemas de extinción y rociadores).

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La base del edificio está conformada por un cuerpo sólido de hormigón armado que incluye subterráneo, primer piso y anillo perimetral de mezzanina, cuerpo que está apoyado en sendos aisladores sísmicos. La estructura está fundada y conectada a nivel de mezzanina. Tanto el elemento central de la estructura de la hoja como sus nervaduras están hechos en perfiles tubulares de acero protegidos por galvanización por inmersión en caliente. Todas las conexiones son apernadas. El diseño y disposición de los aisladores sísmicos permite un desplazamiento lateral de más de 0,6m en todas las direcciones, gap que está protegido por una placa de acero de gran espesor que se desliza libremente sobre el perímetro fijo de la fundación.

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Pese a la forma aparentemente sencilla, la compleja geometría del proyecto convoca a una combinación de recursos tecnológicos, de diseño y representación, aunque sin dejar de lado la vertiente artesanal del oficio del arquitecto y del constructor. En esto último, habrá que mencionar los croquis hechos a mano que dan origen al proyecto, así como el uso de materiales y soluciones constructivas artesanales, como el empleo de la piedra en el pavimento de la nave central, el vidrio fundido fabricado uno a uno por un artesano en Canadá, la madera de los revestimientos de piso de la mezzanina, la preparación de las placas de mármol. Entre los recursos de vanguardia, la utilización de programas como Maya (programa de modelamiento 3D normalmente usado en animaciones en la industria cinematográfica) y CATIA (poderosa herramienta usada en la industria aeronáutica y automotriz. En la construcción, la vanguardia se expresa en el uso de los aisladores sísmicos, los sistemas de fabricación y ejecución de la estructura, las fijaciones de los elementos de revestimiento, los sistemas de seguridad y protección entre muchos otros.

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“Con los Andes por trasfondo conmovedor, el nuevo Templo ha de ser una cristalización de la ‘luz como expresión’, una estructura evanescente de alabastro blanco traslúcido y vidrio: un lugar de pura luminosidad” ha escrito Siamak, Hariri, de Hariri Pontarini Architects en la presentación del proyecto.

Las primeras aproximaciones que he tenido al proyecto datan de hace más de 12 años, cuando Siamak Hariri hacía las presentaciones iniciales en Chile. He seguido su devenir un poco a la distancia todos estos años. El templo, merced a distintas razones, inicialmente ha debido estudiar y migrar por distintos emplazamientos en la ciudad de Santiago hasta encontrar su lugar y su terreno en los faldeos de la cordillera de los Andes, a una altitud muy cercana a los 1.000msnm, abalconado sobre la ciudad.

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Desde allí se puede observar el ancho valle entre las cordilleras de la Costa y los Andes en que se funda la ciudad, se percibe su e extensión que sobrepasa los ríos Mapocho y Maipo y se dejan ver los ‘cerros isla’ que emergen del tejido urbano y la caracterizan. También se hace manifiesta nuestra responsabilidad colectiva del mar de contaminación en que se sitúa la ciudad. De noche es un mar de luces que cautiva e hipnotiza. Sin embargo, a esta altura está presente también el lomaje y el bosque nativo pre cordillerana típica del valle que nos remonta a un paisaje que a veces pensamos perdido. El proyecto se instala en esta condición de borde físico y emocional de la ciudad, en la interface entre lo urbano y lo natural, entre la obra humana (con todos sus aciertos y desaciertos) y la obra de la naturaleza, con toda la belleza, pero también con toda la brutalidad que le podamos asignar. Las cumbres de la Sierra de Ramón están a la espalda del proyecto, en una perspectiva y cercanía que nos es inusual a la mayoría de los santiaguinos.

En los últimos años he podido seguir su proceso de construcción a la distancia, a través del sitio web de la organización, pero también con periódicas visitas a la obra gracias a la generosidad y receptividad de los administradores del proyecto, entre ellos, el arquitecto Javier Duhart. Hoy, la obra es visible desde distintos puntos de la ciudad y se hace evidente que se constituirá en un hito reconocible y evanescente como los describe Hariri. Presumo, por la mala calidad de nuestro aire, que será más visible de noche que de día, pero adivino, también que su cuidado paisajismo que reinventa y reinterpreta el paisaje y protege los ejemplares del bosque nativo en sus 6há de jardines será un hito visible en la distancia. Soy ignorante de los preceptos y de la filosofía Bahá’i, pero puedo adivinar todo un simbolismo en esta obra y me alegro de su presencia. Tal vez nos permita reflexionar, a cada uno en su propia esfera, de la existencia de ciertos bordes que contienen y delimitan entidades físicas o simbólicas que no siempre reconocemos. Sin embargo, todos habitamos en una de esas realidades que muchas veces creemos única o cierta. Asomarnos a su borde nos permite reconocer otras, tal vez mirar con mayor distancia y discernimiento

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para entender la propia y, sobretodo, nos permite reconocer la necesidad de cuidar la interface entre todas ellas.

El lento avance inicial de las obras civiles ha dado paso en el último año a la aparición de la estructura cuyo montaje ha enfrentado los desafíos no menores de una geometría compleja. La obra no es muy grande, pero probablemente es la obra de geometría más compleja que se haya levantado en Chile. Es también un ejemplo y un paradigma de la construcción prefabricada y un muy buen ejemplo de la fabricación y construcción en acero. La convergencia de materiales preparados en distintas partes del Mundo (vidrio de Canadá, mármol de Portugal, aisladores sísmicos de Italia, superestructura de Alemania, etc.) que fueron consolidados en Alemania y despachados a Chile supone, además, una gestión de logística y de coordinación que el proyecto ha desarrollado con mucho éxito hasta ahora.

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Las obras de la subestructura de hormigón armado fueron ejecutadas in situ. La estructura de perfiles tubulares fue ejecutada en Alemania (Gärtner Steel&Glass GmbH), lugar en que asimismo se le dotó de la protección galvanizada por inmersión en caliente (ver…). Esta estructura está hecha en base a una especie de columna vertebral de tubos de en tamos de secciones predominantemente rectas, unidas por soldadura hecha en taller. Estos tramos reciben los empalmes de las nervaduras que dan forma a la nave y serán soporte de los revestimientos, también en base a perfiles tubulares, al igual que sus bordes. El material se prepara en taller, se galvaniza, se embala y se despacha por barco hasta Valparaíso, puerto desde el cual se traslada por tierra hasta la obra. Cada una de estas estructuras que se repiten nueve veces (por cada una de las naves del edificio), es ensamblada a pie de obra. Primero se montó la columna central de cada nave. Para ellos se construye una torre provisional de andamios que permitiera posicionar el anillo central del óculo, ubicándolo con precisión en el centro al que convergen las hojas. Ya le compleja geometría de la columna central (o el tallo de la hoja) supuso un gran desafío para definir los puntos de izaje que permitieran suspender el elemento en la exacta inclinación en que se debía montar a fin de lograr el empalme en las conexiones de la base y del óculo. Una a una se fue montando y fijando las estructuras principales de cada una de las naves, para luego comenzar el montaje de la estructura secundaria de la hoja, estructura que da la forma y permite el montaje de los revestimientos. A la fecha, se ha completado el montaje de la estructura de acero y, en su momento, se liberó el apoyo central del óculo, para permitir el asentamiento de la estructura. Actualmente se trabaja en la instalación de los revestimientos interiores y exteriores del edificio. Las fijaciones son mecánicas, aunque los perfiles de soporte de los revestimientos exteriores están recubiertos de elementos de sello que aseguran el asentamiento y sello del revestimiento. Es de mencionar que, aunque se repiten nueve veces (en cada una de las naves que conforman el proyecto), cada fragmento de mármol o de vidrio tiene una forma y geometría únicas, lo que agrega una complejidad adicional al montaje. Sin embargo, merced a la tecnología de modelación y fabricación en la lógica del CAD-CAM (ver artículo Mauricio Loyola en este mismo sitio) y a un riguroso y sistemático control de la obra, la construcción no ha sufrido contratiempos.

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Hoy se trabaja en paralelo en las obras del paisajismo, terminaciones y las múltiples instalaciones y obras complementarias que el proyecto incluye. Esperamos poder informar durante el próximo año del término de las obras y ofrecer las fotografías finales de la obra construida.

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La administración de la obra es muy abierta y permite visitas guiadas de gran interés que son ampliamente recomendables desde todo punto de vista. Hemos querido compartirla para aquellos que no puedan visitarla físicamente. Toda la información que entregamos es gentileza de la empresa administradora del proyecto, Desarrollo y Construcción del Templo Bahá’í para Sudamérica Ltda, la Comunidad Bahá’í y está disponible en el sitio http://templo.bahai.cl/arquitectura.htm. Agradecemos sinceramente su buena disposición para permitir esta publicación.

 

 

Abordar el complejo tema de la estructura de un proyecto de arquitectura en acero escapa a las posibilidades de desarrollo de este sitio, al menos en esta etapa. Por esta razón, ponemos a disposición de los lectores el material desarrollado por distintos autores. En la medida de nuestras posibilidades, iremos enriqueciendo esta sección con nuevos documentos y, especialmente, con nuevos ejemplos de interés. En relación al Cálculo de Estructuras el material respectivo está incluido en el sitio www.construccionenacero.com, que contiene asimismo diversos temas dedicados a una audiencia de ingenieros y técnicos. Allí podrán encontrar la versión española de las Especificaciones AISC, que son las utilizadas como referencia en América Latina para construcciones pesadas y medias. Sobre las mismas se han preparado Clases Teóricas y un Cuaderno de Ejercicios. Esto se complementa con diversos artículos, entre ellos varios dedicados a Construcción Mixta. (acero-hormigón)  Asimismo para el cálculo de los sistemas de construcción liviana se ha incluido en ese sitio un Manual de Steel Framing: Ingeniería. 

Links:Clases teóricasVersión española de las Especificaciones AISC 2005

 

Buena parte de América Latina se encuentra en zonas sísmicas y los materiales disponibles para el diseño sismorresistentes son complejos. Debido a esto, ILAFA encargó al Ph.D. Francisco Javier Crisafulli la confección de un compendio de diseño sismorresistente.

Este libro será complementado en el futuro por anexos nacionales que tengan en cuenta los espectros y normas locales de los principales países sísmicos de la región.

Libro: Diseño Sismorresistente de construcciones de acero

El objetivo fundamental de esta publicación es presentar una guía de utilidad práctica para los ingenieros estructurales vinculados al diseño sismorresistente de construcciones de acero. En ella se incluyen conceptos básicos y criterios de diseño para los sistemas resistente más usuales, como son los pórticos sin arriostrar (pórticos a momento) y los pórticos arriostrados concéntrica y excéntricamente. Para su redacción, se ha tomado como referencia la publicación Seismic Provisions for Structural Steel Buildings(AISC 2005a), preparada por el American Institute of Steel Construction, AISC, considerando la amplia difusión que este documento tiene en Latinoamérica, ya sea como reglamento de diseño o como bibliografía de consulta. Se incluye también una breve descripción de otros sistemas estructurales, como los pórticos con riostras de pandeo restringido y los muros especiales con placas de acero, que representan avances recientes de la ingeniería estructural que ya han sido aplicados en países como Estados Unidos y Japón.

Índice:

Capítulo 1: Introducción

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Capítulo 2: Aspectos Generales del diseño sismorresistenta

Capítulo 3: Pórticos no arriostrados

Capítulo 4: Pórticos arriostrados concéntricamente

Capítulo 5: Pórticos arriostrados excéntricamente

Este libro se puede descargar gratuitamente más abajo en los Adjuntos"Diseño Sismorresistente de construcciones de acero - Francisco Javier Crisafulli"