Soluciones de estructuras colgantes

Soluciones colgantes en acero

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.

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 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.

Referencia soluciones colgantes

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

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.
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.

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. En él, una estructura robusta tipo marco ejecutada con sendas columnas de 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.


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.


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.
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.

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.

*Articulo de: arquitecturaenacero.org

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