Acero, Material Ideal para Ampliaciones

Acero, Material Ideal para Ampliaciones

Francis Pfenniger

Entre las múltiples aplicaciones que tiene en acero como material de la arquitectura y la construcción está el mundo de las ampliaciones. Toda construcción, sin importar su escala ni su destino, suele verse enfrentada a la necesidad de ampliaciones o de modificaciones producto de cambios en los requerimientos espaciales o estructurales que se tuvieron presentes en su concepción original. El mundo está lleno de ejemplos de obras de ampliaciones a las más diversas escalas y en los más diversos usos. Se amplían los hospitales, los estadios, las industrias, las viviendas, el comercio, etc., proyectos que representan un campo ocupacional y un mercado importante, formal e informal, especialmente en la región. En  vivienda, la posibilidad o necesidad de ampliaciones o de completarlas es, más allá de los múltiples casos privados, también materia de políticas públicas, de estrategias proyectuales y de planes de financiamiento. En la industria, las inversiones con frecuencia se realizan en etapas programadas o imprevistas; en obras públicas, se realizan ampliaciones en carreteras, puentes, aeropuertos, terminales, y puertos. El principio motor del concepto de las ampliaciones surge de la limitación. Limitaciones de recursos de todo tipo, principalmente falta de recursos económicos y financieros, aunque otras veces falta de espacio, de tiempo, de horas hombre, de tecnología, de lo que sea. Podemos mirar nuestra propia experiencia personal o familiar para ilustrar lo que comentamos, nuestra casa y las sucesivas ampliaciones, nuestro emprendimiento, oficina, comercio, taller o industria y su proceso de desarrollo y crecimiento y el impacto que ello tiene sobre los requerimientos de espacio. Cuando no se dispone de todos los recursos inicialmente para completar la construcción que se aspira a tener, se la piensa por etapas. Cuando cambian las condiciones inesperadamente (conozco el caso de una familia a la que le nacieron quintillizos), se debe ampliar la construcción existente o cambiarse de casa. Cuando aparecen nuevas tecnologías que se deben incorporar al proceso productivo para mantenerse vigente y competitivo,  nuevos productos, nuevas líneas o simplemente el aprovechamiento de oportunidades, muchas veces se deben ampliar las instalaciones. Cuando el mercado se desarrolla, crecen las demandas de pasajeros o los requerimientos de carga en cualquier tipo de transporte, se amplían las instalaciones y los equipamientos (cuando aparecen nuevos tipos y tamaños de aeronaves o de barcos, como el Airbus A380 o los buques Post Panamax, por ejemplo). En fin, no es necesario justificar en detalle las necesidades de ampliación que enfrentan los edificios de todas las escalas. Baste decir que este es un mercado que representa un importante porcentaje de la edificación. En Chile, caso que nos es cercano, el mercado de las ampliaciones representa aproximadamente entre el 16% y el 18% en el total de viviendas construidas en el mercado regular, a lo que se debe sumar el mercado de las ampliaciones irregulares, cuya magnitud está fuera de las estadísticas. En alguna oportunidad, un representante de una importante empresa de productos de la construcción en Chile dedicada a la fabricación de sistemas de cubiertas, me comentó que casi el 40% de su producción salía a través del mercado del retail y que no tenían posibilidad de rastrear el destino final de sus planchas de cubierta. No sé si esta cifra sea generalizable ni sé si en la misma empresa se mantienen esos porcentajes, pero no cabe duda que una parte significativa de esa producción se destina a ampliaciones y construcciones informales (o sea que cuentan con permiso de obras y, en consecuencia, son parte de las estadísticas oficiales). Cualquiera sea el resultado del guarismo, el mercado de las ampliaciones es de interés en cualquier país. Más aún si se considera que cada vez más se internaliza la idea que el primer acto o gesto de la sustentabilidad es aprovechar las edificaciones existentes en tanto esto sea posible. Es sabido que la construcción, considerando el ciclo de vida completo de un edificio, es responsable del consumo de cerca del 40% de las materias primas que se extraen en el planeta anualmente, de un porcentaje similar de la demanda energética mundial y de un alto porcentaje de las emisiones de gases de invernadero. Visto así, si las condiciones de uso y operación del edificio lo permiten (incluida su demanda energética), parece de todo sentido no desaprovechar la inversión realizada  en construirlo y, por el contrario, hacer esfuerzos en optimizarla en todo sentido.En este escenario, el acero tiene grandes aportes que realizar. El acero que, como comentamos reiteradamente, logra construcciones muy esbeltas que permiten plantas muy libres desde el punto de vista estructural, lo que en sí ya representa una ventaja para la adaptabilidad y flexibilidad de lo construido.  A lo anterior, las estructuras de acero suman otros atributos de valor que facilitan las ampliaciones y alteraciones de los edificios existentes: el bajo peso de la estructura adicional; las uniones eficientes, apernadas o soldadas en menor medida  que se pueden desmontar con la misma facilidad; la posibilidad de reforzar fácilmente estructuras de acero existentes; el ser una faena seca y prefabricada, muy poco invasiva con el uso del espacio pre existente, entre muchos otros aspectos que se pueden considerar al momento de tomar una decisión en torno a cómo y con qué realizar la ampliación de una construcción existente. Veremos algunos de estos aspectos en detalle más adelante.


Imagen 1 – vista aérea de la ampliación del aeropuerto internacional AMB en Santiago. Fuente: http://www2.latercera.com/noticia/aeropuerto-arturo-merino-benitez-lleva-10-avance-obras/#

ESTRUCTURA LIVIANA
Una de las posibilidades que se barajan al momento de enfrentar los requerimientos de ampliación es agregar pisos al edificio existente, o sea, crecer en altura. Cualquiera sea el material y la estructura con que se haya construido el edificio original, la importancia del peso propio y de la carga de uso que se le agregará a la estructura es una variable que puede llegar a ser crítica. Las estructuras se calculan para un determinado peso propio y una determinada carga de uso. Algunas estructuras disponen de un cierto margen de holgura para agregar mayores cargas, lo que permite abre un espacio para las estructuras livianas y eficientes de acero.

Viviendas de uno o dos pisos de albañilería pueden recibir una estructura ligera de steel frame y agregar un piso adicional o una cubierta habitable tipo mansarda. Por cierto, estas decisiones deben ser visadas por un calculista estructural que verifique el diseño original y el estado de la construcción y certifique las posibilidades de sobrecarga que se están considerando. Sin perjuicio de ello, las estructuras de acero pueden llegar a ser un 40% más livianas que las de una construcción tradicional de albañilería confinada o de hormigón, por lo que en ese sentido son una muy buena alternativa.


Imagen 2 – AMPLIACIÓN DE VIVIENDA  http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/recuperacion-restauracion-y-reciclaje/echo-house-casa-eco


Imagen 3 -  AMPLIACIÓN DE VIVIENDA La valleja http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/recuperacion-restauracion-y-reciclaje/ph-lavalleja

Sin embargo, estas soluciones no quedan limitadas a edificios de baja altura. Hace no muchos años, se realizó la ampliación de un edificio de una clínica en Santiago: un edificio existente de 4 pisos fue completamente remodelado y se le agregaron 2 pisos adicionales. La solución fue concebida y ejecutada en una estructura de acero, incluyendo sendas columnas de doble altura en el zócalo que sostienen la super estructura. Como se puede observar en la Fotografía Nº 3 y 4 siguientes, la estructuración en acero se monta y conecta con la estructura de base existente, conformando los entramados que soportan los pisos superiores y permiten la fijación de los elementos de cerramiento y particiones interiores que completan el conjunto.


Imagen 4 y 5 – AMPLIACIÓN CLINICA LAS LILAS

Hay otros ámbitos de ampliaciones en los que el poco peso de las estructuras de acero puede hacer la diferencia entre una solución y otra. Las construcciones antiguas suelen tener alturas libres interiores que pueden ser bien aprovechadas ante requerimientos adicionales de superficies. Tanto en viviendas como en comercio, industria y muchos otros usos, aprovechar la altura disponible para insertar una estructura que soporte un altillo o un  entrepiso es una solución en la que el poco peso y la esbeltez de la estructura se agradecen.  Si la estructura original lo permite, por ejemplo con muros de hormigón armado, es posible generar los apoyos necesarios para soportar los entrepisos en base a anclajes químicos o de expansión que permitan fijar una viga perimetral o solera a la cual conectar los envigados de piso. Será materia de proyecto de cálculo establecer si dichos apoyos pueden ser rígidos o deben mantener alguna capacidad de movimiento como un apoyo deslizante, por ejemplo. Afortunadamente, la soluciones de conexión deslizantes o móviles se resuelven muy eficientemente con elementos de acero. Un interesante ejemplo de estos apoyos deslizantes lo constituye el proyecto del paso superior bandera, un puente peatonal que conecta sobre la calle dos edificios enfrentados de distinta data en el centro de Santiago. Adquiridos ambos edificios por una misa institución financiera, se plantea la necesidad de una integración funcional que mejore las condiciones de servicio, de conectividad interior y de seguridad del conjunto. Para ellos se plantea una conexión bajo el terreno, conectando los dos subterráneos y una conexión superior, con un puente pasarela elevado en un piso superior. El proyecto de arquitectura del puente fue realizado por la oficina de Gonzalo Martínez de Urquidi  y es, de por sí, un ejemplo notable de un proyecto integrado que resuelve magistralmente problemas geométricos y estructurales complejos. En la secuencia fotográfica 5 se aprecia el conjunto en una vista interior, durante el montaje y un detalle del apoyo deslizante diseñado para resolver la conexión al edificio existente.
 

Imagen 6 SECUENCIA FOTOGRAFÍA – PUENTE BANCO SANTANDER – Calle Bandera, Santiago de Chile

 
Imagen 7-9, Skywalk Rennweg:  http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/obras-civiles/skywalk-rennweg

Pero no siempre la estructura de muros existentes está en condiciones de soportar las cargas adicionales de los altillos. En esos casos, apoyos puntuales exentos de los muros permiten sustentar los entramados de piso, apoyándose directamente en fundaciones existentes o en poyos de fundación aislados, según sea la recomendación del cálculo estructural.


Imagen 10, Costa Mosquito Factory: http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/edificios-de-equipamiento-y-servicios/costa-mosquito-factory


Imagen 11 y 13, Espacio Brastemp:  http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/edificios-comerciales/espacio-brastemp-experience


Imagen 14, Edificio Serratosa: http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/recuperacion-restauracion-y-reciclaje/edificio-serratosa

REFUERZOS ESTRUCTURALES
Las condiciones de servicio de una estructura pueden sufrir cambios que lleven a que el diseño estructural original quede superado por la nueva realidad. Un ejemplo de ello es el esquema que hace algunos años presentó el ingeniero Elías Arze Loyer respecto de los cambios sufridos por los puentes ferroviarios en Chile.  Como se sabe, la gran red ferroviaria de Chile (hoy dramáticamente reducida resultado de políticas al menos discutibles) se funda en una columna vertebral de Norte a Sur con una serie de conexiones transversales, llamados “ramales” que conectaron el eje central con las ciudades y poblados costeros. Esta gran obra, iniciada a mediados del siglo XIX tuvo que construir cientos de puentes ferroviarios, la mayoría de ellos estructurados en hierro. La unificación del territorio se produjo en parte gracias a la capacidad de construir dichos puentes, muchas veces enteramente importados, otras, en base a perfiles importados e ingeniería y montaje locales. Sin embargo, las características de los trenes fueron cambiando con el tiempo: carros de mayor capacidad de carga arrastrados por  locomotoras más potentes y pesadas configuraban conjuntos que fueron incrementando las exigencias estructurales a los puentes. Ante ello, se hicieron una serie de refuerzos sucesivos esquematizados en el diagrama de Elias Arze que se presenta junto a la secuencia fotográfica 7. De vigas simplemente apoyadas, pasando a vigas reforzadas en sus cordones inferiores y superiores, a vigas continuas para terminar con refuerzos de arcos superiores o inferiores permitieron hacer este tránsito en forma eficiente y estar en parte, operativos hasta el día de hoy. Un siglo y medio de estructuras sucesivamente reforzadas para conservar operativa la red. No tengo la evidencia ni el conocimiento, pero estoy seguro que muchos países de la Región enfrentaron en períodos muy similares el desarrollo de su red ferroviaria y con toda seguridad recurrieron a estrategias parecidas. (Ver video Diagnóstico y reparación de puentes ferroviarios https://youtu.be/TMPAWYLaKb0)


imagen 15 – ESQUEMAS DE REFUERZO DE PUENTES Y DETALLES

Esta posibilidad de  incorporar refuerzos sucesivos a las estructuras de acero no se limita, por cierto, a los puentes. Es aplicable a todo tipo de edificios. Un ejemplo de lo anterior es el proyecto de la casa de las artes aéreas, publicada en este mismo sitio. En este caso, unos hangares construidos a principios del siglo XX para la Fuerza Aérea de EEUU de Norteamérica en la ciudad de San Francisco, fueron adaptados a una nueva función. Originalmente protegidos por una losa en la cubierta para protegerlos de los bombardeos (¡qué cándida e inocente solución a nuestros ojos de hoy!), los edificios no cumplían las condiciones estipuladas por la normativa sísmica de California vigente, por lo que se tuvieron que reforzar agregando elementos. Esto, independiente del sistema de conexiones que se aplique, es de fácil ejecución en y con una estructura de acero.
 

Imagen 16-20, Casa del aire, ver http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/recuperacion-restauracion-y-reciclaje/casa-del-aire

FAENA SECA Y PREFABRICADA
Cuando se enfrenta el desafío de la ampliación de un edificio, cualquiera sea su destino, uno de los aspectos cruciales es resolver si dicha obra o faena se debe o puede realizar mientras el edificio está operativo o si, por el contrario, es necesario deshabitarlo y desocuparlo para poder enfrentar las obras. La pregunta no es menor ya que las obras de construcción suelen ser muy invasivas y comprometen aspectos de habitabilidad  de lo que se conserva mientras se construye (temperatura, impermeabilidad, acústica e intrusión, entre otros) además de la seguridad de sus ocupantes. En cualquier caso, es altamente probable que sea deseable que las obras de construcción sean los más cortas `posibles. En ese contexto, el acero ofrece dos grandes ventajas que se deben tomar en cuenta: la faena seca y la obra prefabricada.

Todas las faenas húmedas (albañilerías, hormigones) suelen demandar un mayor tiempo de obras, principalmente porque toda el agua que se incorpora a un edificio  en su construcción debe retirarse (evaporarse) antes de que se puedan hacer obras de terminaciones y, con toda seguridad antes de que sea habitado. Las faenas de construcción en acero, en cualquiera de las diversas tecnologías y tipologías disponibles, son siempre faenas secas, es decir, no requieren del aporte de agua para su ejecución. Las uniones soldadas o apernadas de los elementos estructurales reciben estructuras secundarias de entramados con conexiones soldadas, apernadas o atornilladas.  Los revestimientos de muros y cielos, barreras y aislaciones también se montan en base a conexiones mecánicas secas. Sólo eventuales revestimientos y terminaciones como pinturas o cerámicas demandan algún grado de humedad para su instalación, pero en general, se clasifica como una faena seca cuya entrada en servicio es mucho más rápida que las obras de faenas húmedas. En materia de tiempo, de regreso a la normalidad y de faena poco invasiva, estas soluciones de estructuras de acero presentan una gran ventaja.


Imagen 21– Obra de construcción, faena seca. Jardín Infantil y Sala Cuna Barros Arana, Til-Til, Chile, http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/edificios-para-la-educacion/jardin-infantil-y-sala-cuna-barros-arana

A lo anterior se suma la estrategia de prefabricación posible de asumir en una obra de estructura de acero. Para las condiciones de las obras de ampliaciones, la prefabricación es una solución que contribuye en forma muy significativa a acortar los plazos de obra al tiempo que permite reducir los residuos y excedentes de obras. Como se sabe, las estructuras de acero son siempre en mayor o menor grado, obras prefabricadas. Una adecuada planificación y la ejecución temprana y fuera del lugar de montaje de algunas de las faenas (estructurales o de terminaciones) permite que el trabajo en terreno se reduzca, simplifique y termine siendo menos intrusivo, lo que es especialmente valorado si se está construyendo en un edificio que se conserva parcialmente operativo.

UNIONES Y CONEXIONES EFICIENTES Y FÁCILMENTE REVERSIBLES
Una mención aparte merecen los sistemas de uniones y conexiones disponibles para las estructuras de acero. Las uniones entre elementos de acero se pueden hacer tanto soldadas como apernadas (ver en este mismo sitio Conexiones en acero… ¿Apernadas o soldadas? ). Para uniones no estructurales o para cierto tipo de estructuras (steel frame) también se puede recurrir a los tornillos. Las uniones apernadas o atornilladas son fácilmente reversibles, las soldadas se pueden revertir o cortar, cuestión de especial interés en ampliaciones o intervenciones en el espacio construido, ya que permiten recuperar la condición inicial o prepararse para nuevas modificaciones. Para conexiones de elementos de acero con elementos de hormigón también hay una amplia paleta de soluciones que cubren desde los anclajes químicos usando pernos que se fijan mediante adhesivos de gran resistencia, los sistemas de pernos de expansión hasta los sistemas de clavos de impacto. Todas estas soluciones son de una ejecución bastante simple que contribuye a una faena menos invasiva. Se evitan los picados, perforaciones, puentes de adherencia, juntas húmedas y todas las precauciones que una obra de hormigón o albañilería necesariamente debe considerar.

 
Imagen 22-24 – CONEXIONES APERNADAS Y/O ATORNILLADAS


Imagen 25-26, http://www.arquitecturaenacero.org/proyectos/edificios-de-equipamiento-y-servicios-objetos-y-mobiliario-urbano/open-arch...

Como se ve, el acero es un material que se presta especialmente para abordar obras de ampliaciones, ya sea en la escala menor como la vivienda o en obras de mayor envergadura. Para ello, la industria ha desarrollado una amplia oferta de tipos de materiales tanto estructurales, como de terminaciones y revestimientos cuya puesta en obra es sencilla y eficiente. La manipulación mecánica o manual de elementos o materiales prefabricados y  ligeros hace posible resolver aspectos constructivos y de factibilidad. Es materia de los proyectistas incluir estas variables constructivas en las posibilidades de diseño de los desafíos que el mundo de las ampliaciones plantea, cualquiera sea la escala de la obra.

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