Héctor Soto Rodríguez. Director general del Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil.
En una estructura de acero, las oscilaciones y las aceleraciones en el suelo se reducen; el riesgo y peligro sísmico que da lugar a fallas estructurales o colapso catastrófico puede ser remoto. No obstante, es necesario tomar precauciones especiales en su diseño, fabricación y montaje. Se recomienda diseñar conexiones estándar con detalles completos elaborados con una gran precisión geométrica para reducir el tiempo de fabricación y de montaje; además, con los planos de taller o de fabricación se eliminan los errores inherentes a la mano de obra
En este artículo se presenta un resumen de las ventajas competitivas del acero en instalaciones aeroportuarias en las que se requiere salvar grandes claros y fuertes volados para diversos usos arquitectónicos con una sola estructura y poco material, a fin de alojar una concentración masiva de usuarios (estructura grupo A, según la última edición del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal). En este tipo de instalaciones, la estructura de acero ofrece libertad de expresión en formas, desde conceptualizaciones estructurales tradicionales hasta diseños innovadores de vanguardia muy eficientes y razonablemente económicos.
Se hace referencia exclusivamente a estructuras de acero para hangares de aviones y terminales aéreas (estaciones aéreas) y se ilustran las alternativas estructurales tradicionales y modernas para los hangares, que se resumen en: marcos (pórticos) rígidos con columnas y trabes de peralte variable a dos o varias aguas, columnas y armaduras de celosía (vigas de alma vacía o cerchas), armaduras espaciales asiladas, estructuras espaciales o tridimensionales, mástiles con tirantes para soporte de cubiertas ligeras en voladizo y velarias que soportan lonas plásticas.
Se presenta y se comenta el caso particular del Nuevo Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (NAICM). Como consecuencia de un análisis cuidadoso del proyecto que circula actualmente en la red, se pueden inferir varios aspectos arquitectónicos y estructurales relevantes, que se abordan aquí.
Terminales aéreas y su estructura
Una terminal aérea es un lugar de un aeropuerto que se utiliza para abordar y cargar naves y para preparar los vuelos nacionales e internacionales; requiere diversos espacios y geometrías arquitectónicos, como salas de embarque, estacionamientos, locales comerciales, casas de cambio, hoteles, restaurantes, oficinas, etc., todos ellos dentro de una estructura única.
Alternativas para terminales aéreas
Las alternativas estructurales tradicionales para los hangares se resumen en:
- Marcos rígidos con columnas y trabes de peralte variable a dos o varias aguas
- Columnas y armaduras de celosía (alma vacía)
- Armaduras espaciales aisladas
- Estructuras espaciales o tridimensionales
- Mástiles con tirantes para soporte de cubiertas ligeras en voladizo
- Velarias (lonas o membranas plásticas)
La estructuración de hangares es similar a la de naves industriales de acero. Se requiere una estructura que salve grandes claros sin apoyos intermedios; esto con frecuencia se hace a base de marcos rígidos con contraventeo horizontal en cubierta y vertical en varias crujías para limitar los desplazamientos laterales ocasionados por viento o sismo.
Las partes que constituyen una nave industrial típica para hangares de aviones son: estructura a base de marcos rígidos, columnas tipo H o W, cabezales o trabes principales de peralte variable o armaduras, cubierta de acero ligera (lámina y montenes o joist), fachadas a base de montenes (perfiles CF de lámina doblada), lámina ligera y contraventeo horizontal en cubierta (ángulos LI) y en las paredes laterales de la estructura (ángulos, tubos OR o HSS)
En estructuras a base de marcos rígidos suele emplearse un conjunto de marcos en la dirección transversal, y la resistencia ante fuerzas horizontales longitudinales se logra por medio de contraventeos verticales colocados de manera conveniente, combinados frecuentemente con los contraventeos horizontales de cubierta que sirven también para proporcionar estabilidad lateral a los marcos.
En el AICM, la estructura de acero de la Terminal 2 está hecha a base de marcos rígidos ortogonales con columnas armadas, rectangulares, a base de tubos HSS y armaduras principales y secundarias de grandes claros tipo Pratt, fabricadas también con secciones HSS. Tiene largueros IR para soportar la losacero tipo Ternium 25, calibre 22 (anteriormente IMSA, sección 4).
Caso particular: NAICM
La estructura de acero es y será en el futuro inmediato el mejor sistema constructivo. Es insustituible para salvar claros fuertes (áreas grandes) sin columnas intermedias, y en el anteproyecto del NAICM aporta una estética excepcional que no se puede lograr con otro sistema constructivo.
Al analizar cuidadosamente el video del boceto del NAICM que circula en la red, se pueden inferir los siguientes aspectos arquitectónicos y estructurales relevantes:
- Grandes claros, fuertes volados, fachadas y cubiertas curvas y sinuosas
- Modulación estructural (repetición de piezas)
- Forma de trabajo sencilla: fuerzas internas de tensión y compresión
- Ligereza de la estructura
- Mano de obra calificada fácil de conseguir
- Montaje rápido con equipo mínimo
En general, la ligereza de los materiales que se utilizarán en la estructura de acero se traducirá en una respuesta baja ante la acción de sismos moderados y fuertes.
En una estructura de acero, las oscilaciones y las aceleraciones en el suelo se reducen; el riesgo y peligro sísmico que da lugar a fallas estructurales o colapso catastrófico puede ser remoto. No obstante, es necesario tomar precauciones especiales en su diseño, fabricación y montaje.
Se recomienda diseñar conexiones estándar con detalles completos, elaborados con una gran precisión geométrica para reducir el tiempo de fabricación y de montaje; además, con los planos de taller o de fabricación se eliminan los errores inherentes a la mano de obra. Existen en este medio programas muy poderosos y confiables para el detallado de estructuras de acero (como el programa Tekla). La construcción con acero no sólo garantiza un control de calidad en las etapas mencionadas, sino también permite la planeación y el manejo de todas las variables para lograr estructuras altamente confiables de acuerdo con las condicionantes impuestas en el proyecto arquitectónico.
De acuerdo con Norman Foster, el arquitecto mejor certificado en aeropuertos en el mundo, los sistemas estructurales tensionales son la forma más eficiente y adecuada de utilizar el acero en estructuras de grandes claros, fuertes volados y cubiertas ligeras. Este concepto se ha utilizado en arquitectura desde hace muchos años y es una aplicación particular de las cubiertas colgantes y de los puentes colgantes y atirantados.
En un tirante o cable y en un arco, las fuerzas internas son axiales, de tensión en el caso del cable y de compresión en el arco. Las estructuras más eficientes son las que trabajan a tensión; luego las que están sometidas a compresión; finalmente, las que están sujetas a flexión y a flexocompresión (compresión axial y flexión).
En la zona del Valle de México donde se ha iniciado la construcción del NAICM, el suelo se caracteriza por ser blando en exceso; su capacidad de carga es del orden de 2 a 3 t/m2. Consecuentemente, en ese sitio será necesario proponer un sistema novedoso de inclusión de micropilotes de 20 cm de diámetro, separados de manera conveniente, dispuestos al tresbolillo e hincados a 15 o 20 m de profundidad, y posteriormente efectuar encima de esta “parrilla” un mejoramiento de terreno. Este tipo de cimentación ya se ha utilizado en otras zonas de suelo blando de la Ciudad de México, como Aragón, y en teoría hace el suelo más resistente y rígido.
Una terminal aérea es un lugar muy importante de un aeropuerto que se utiliza para abordar, cargar y para preparar los vuelos nacionales e internacionales, y que requiere diversos espacios y geometrías arquitectónicos, como salas de embarque, estacionamientos, locales comerciales, casas de cambio, hoteles, restaurantes, oficinas, etc., todos ellos dentro de una estructura única.
Seminario de naves industriales de acero
Debido a las características especiales del anteproyecto del nuevo aeropuerto –un edificio de baja a mediana altura– y del sitio –suelo excesivamente blando y zona de alta sismicidad–, hay consenso en que la edificación puede considerarse de alta vulnerabilidad (los efectos sísmicos y hundimientos regionales podrían ser críticos si no se toman decisiones acertadas y convenientes). Sin lugar a dudas, las dos circunstancias mencionadas son muy serias y seguirán ameritando una reflexión cuidadosa, arduo trabajo de un equipo interdisciplinario y especial atención en la planeación, diseño y construcción por parte de todos los involucrados en dicho megaproyecto, especialmente en los aspectos del diseño de la cimentación y de la estructura de acero.
Ante la falta de una normatividad específica en México para el diseño estructural de naves industriales de acero, es fundamental mantener un conocimiento actualizado. Por ello, del 28 al 30 de julio de 2016 se llevará a cabo en la sede del Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Querétaro, A. C., el Seminario Práctico de Naves Industriales de Acero, donde varios reconocidos expertos del ámbito académico y de la iniciativa privada presentarán temas como diseño por viento, diseño por sismo, modelación estructural asistida por computadora, diseño estructural, ductilidad y habilitado de ensambles con máquinas multiproceso para naves industriales de acero. Está dirigido a ingenieros estructuristas, arquitectos, fabricantes, montadores y supervisores de estructuras de acero, así como a dependencias estatales de obras públicas, colegios de ingenieros civiles, profesores de estructuras de acero y alumnos de licenciatura o maestría. Puede consultar más información al respecto en la página www.crdic.org
