Estabilidad en Las Edificaciones

UNIVERSIDAD NA IONAL DE SAN CRISTÓBAL DE H AMANGA FACULTAD DE INGE INGENI NIER ERÍA ÍA DE MINA MINAS, S, GEOL GEOLOG OGÍA ÍA Y CIVIL ESCUELA DE FORMACIÓN MACIÓN PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIER INGENIERÍA CIVI CIVILL

E TABILIDAD EN LAS EDIFICACIONES EDIFICACIONES ASIGNATURA

: LABORATORIO DE FÍSICA I (FS-142)

DOCENTE

: KLÉBER KLÉBER JANAMPA JANAMPA QUISPE QUISPE

ALUMNO

: BRAVO ANAYA, Rualth Gustavo ESCOBAR BELLIDO, Dany Javier

SERIE

: 100 – II

SEMESTRE

: 20 2010 – II

AYAC AYACUC UCHO HO – PERÚ PERÚ 2011

FÍSICA I

Estabilidad en las Edificaciones

ESTABILIDAD EN LAS EDIFICACIONES I. Fund Fundam amen ento to teór teóric ico o

Equilibrio Físicamente. Es el estado en el cual un cuerpo o una partícula se encuentra en reposo, reposo, en movimiento rectilíneo uniforme o en movimiento circular uniforme. Es decir la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo y el momento resultante son nulos. Equilibrio estable. Es cuando cuando el cuerpo, siendo siendo apartado apartado de su posición de equilib equilibrio, rio, vuelve vuelve a la posición posición original, original, por efecto efecto de fuerzas fuerzas recuperad recuperadoras. oras. Equilibrio indiferente. indiferente . Es cuando cuando las fuerzas fuerzas que que actúan actúan sobre el el cuerpo cuerpo hacen que éste éste permanezca permanezca en equilibrio equilibrio en su nueva nueva posición posición al ser desplaza desplazado, do, como como en una esfera esfera situada sobre una superficie plana. Equilibrio inestable. Es cuando cuando las fuerzas fuerzas que actúan actúan sobre sobre el cuerp cuerpo o hacen que que el cuerpo cuerpo continúe moviéndose hasta una posición distinta cuando se desplaza. Aplicado Aplicado a las edificacion edificaciones. es. En edificaciones es el estado de reposo que estas presentan gracias a que la resultante resultante de fuerzas que actúa actúa sobre la edificación edificación es nula. Es decir decir que el equilibrio de fuerzas debe ser estable.

Fig. 1 Condiciones Físicas Físicas para el equilibrio Primera condición de equilibrio: equilibrio : Para que que un cuerpo cuerpo se encuent encuentre re en repos reposo o la primera primera condición de equilibrio establece que la suma de las fuerzas fuerzas aplicadas al es igual a cero. Esta condición de equilibrio equilibrio también es conocida conocida como equilibrio de traslación.

Segunda condición de equilibrio: equilibrio : Para que que un cuerpo cuerpo se encuent encuentre re en reposo reposo la segunda segunda condición de equilibrio establece que la suma de los momentos, con respecto a un punto, de las fuerzas aplicadas es igual a cero. Esta condición de equilibrio también es es conocida como equilibrio rotacional.

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FÍSICA I


A partir de estas dos condiciones, se pueden establecer las siguientes ecuaciones del equilibrio.

Debido

Este Este

a

caso caso

que

es

en

igua iguall

el

para para

espacio

el

se

. momen momento to

tiene

tres

respe respecto cto

dimensiones,

a

un un

punto, punto,

entonces

ya ya

que

. Entonces

Condición de equilibrio de un cuerpo que descansa sobre un plano Para que un cuerpo que descansa sobre un plano esté en equilibrio es preciso que la vertical del centro de gravedad pase por el interior de la base de sustentación sustentación (fig. 2 y 3). Se llama base de sustent sustentación ación a la superficie superficie de apoyo del del cuerpo o también también el polígono polígono que se forma al unir los diversos puntos puntos de apoyo, cuando son varios (por ejemplo ejemplo una silla). Un cuerpo colocado en un plano horizontal, puede presentar, como el caso precedente, tres clases de equilibrio: • El equili equilibrio brio será establ estable e , si el centro de gravedad está más bajo que cualquiera otra posición. Ejemplo: Una pirámide que descansa sobre so bre su base. • El equilibrio equilibrio será inestab inestable le,, si el centro de gravedad se halla más alto que cualquiera otra posició posición. n. Ejemp Ejemplo: lo: una una pirámi pirámide de regular regular cuyo cuyo vérti vértice ce descan descansa sa sobre sobre el plano plano de suspensión. •El equilibrio equilibrio será indiferen indiferente te,, si su centro de gravedad no sube ni baja las posiciones que pueda tomar. Ejemplo: una esfera perfecta y homogénea.

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FÍSICA I


Fig. 2

Fig. 3

Tipos de equilibrio de un cuerpo analizando su energía potencial. • El equilibrio es estable, si la segunda derivada derivada de la energía potencial potencial (gravitatoria), en función a la posición del centro de masa, es positiva; de este modo la gráfica de la energía potencia en función a la posición tendrá un mínimo local que indica la energía potencial en la posición de equilibrio. • El equilibrio es inestable, si la segunda derivada derivada de la energía potencial (gravitatoria), en función a la posición del centro de masa, es negativa; de este modo la gráfica de la energía potencia en función a la posición tendrá un máximo local que indica la energía potencial en la posición de equilibrio. • El equilibrio es indiferente, si la segunda derivada de de la energía energía potencial (gravitatoria), en función a la posición del centro de masa, es cero; de este modo la gráfica de la energía potencia en función a la posición posición será una recta horizontal; por lo lo que la energía potencial será constante.

Estabilidad Físicamente. Es la propiedad que posee un cuerpo de tender tender a volver a su posición o movimiento originales cuando el objeto se aparta de la situación de equilibrio o movimiento uniforme, como resultado de la acción de unas fuerzas o momentos recuperadores. Aplicado Aplicado a las edificacio edificaciones. nes. Es la capacidad que posee una edificación de tratar de mantener su posición de equilibrio (rigidez), ante efectos externos que lo tratan de modific modificar, ar, como como los sismos sismos..

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FÍSICA I


Aplicaciones en las edificaciones Para diseñar una estructura o edificación esta debe debe de cumplir las siguientes siguientes propiedades principales: ser resistente, resistente, rígida y estable. Resistente Resistente para para que soporte soporte sin rompe romperse rse el efecto efecto de las fuerzas fuerzas a las las que se encuentr encuentraa sometida, sometida, rígida rígida para para que que lo haga haga sin sin deformars deformarse, e, y estable estable para que que se mantenga mantenga en equilibrio sin volcarse ni caerse. Para que se cumpla todo lo mencionado es necesario que se verifiquen las siguientes dos condiciones: Condición necesaria: Debe existir equilibrio de todas las fuerzas que actúen sobre la estructura, o sea, se debe cumplir la condición física del equilibrio total y relativo de todas las fuerzas activas y reactivas. Condición suficiente: El equilibrio de las fuerzas debe ser ser estable, mientras más simétrico sea el edificio edificio mayor será la resistencia frente a las fuerzas externas, es es decir decir debe haber simetría estructural (regularidad en planta y en altura) Si esto no ocurre, no se puede predecir predecir el comportami comportamiento ento del edificio edificio diseñado diseñado y los cálculos cálculos que se realice realicen n posiblemente no tengan mucho que ver con la realidad. Por lo enunciado precedentemente, se hace necesario plantear algunos principios básicos para la selección de sistemas estructurales estructurales para los edificios ubicados en zonas sísmicas. La estructura debe cumplir las siguientes condiciones  ser simple;  ser simétrica;  no ser demasiado alargada en planta o elevación;  tener los planos resistentes distribuidos en forma uniforme; elementos estructurales estructurales horizontales horizontales en los cuales se formen articulaciones articulaciones  tener elementos antes que en los elementos verticales;  haber sido proyectada de modo tal que los elementos estructurales se relacionen de manera de permitir el buen detallado de las uniones.

Condiciones de estabilidad estabilidad en las edificaciones edificaciones Como criterio general para lograr la estabilidad de un edificio frente a la acción de cargas gravitatorias y cargas laterales (viento, sismo), es necesario contar con un mínimo de planos resist resistentes entes,, éstos son: son: tres planos planos verticale verticales, s, no todos ellos ellos paralelos paralelos ni concurrentes, y un plano superior perfectamente perfectamente anclado a los planos verticales verticales (fig. 4)

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FÍSICA I


Fig. 4 Solamente la solución A es correcta. Los planos en B no pueden resistir una fuerza de viento o sismo en la dirección perpendicular a sus planos. Los planos en C no pueden resistir una rotación alrededor del punto H. Cuando se habla de fuerzas laterales se refiere a fuerzas provenientes de la acción del viento o sismo sobre las estructuras. estructuras. Para el diseño sísmico en particular, se manejan en la actualidad métodos de análisis estructural basados en hipótesis (simplificadas o no) que tratan de representar, lo más fielmente posible, el hecho físico real o comportamiento del edificio en el momento del sismo.

Fig. 5

Sistemas estructurales estructurales resistentes resistentes a fuerzas fuerzas laterales laterales En planos verticales En la figura figura 6 se ilustra ilustra un un ejemplo ejemplo donde donde los planos planos vertica verticales les resiste resistentes ntes a fuerza fuerzass laterales están distribuidos simétricamente haciendo que la resultante de las reacciones producidas por los muros coincida con el centro centro de masas masas de la planta donde estaría aplicada la acción.

[8]

FÍSICA I


Fig. 6 En la figura 7, en cambio, se muestra una estructura estructura donde la asimetría de los planos verticales resistentes hace que no coincida el centro de rigidez (o centro de resistencia) con el centro de masa (en este caso coincidente con el centro de gravedad de la planta, como suele ocurrir frecuentemente). frecuentemente). En la figura, “e” representa representa excentricidad (distancia (distancia del centro de masa al centro de rigidez.

Fig. 7 Es conveniente recomendar que en zonas sísmicas no se diseñen configuraciones en planta que presenten excentricidades muy superiores al 15% de la dimensión de la planta normal a la dirección examinada. Las figuras figuras siguiente siguientess ilustran ilustran diversas diversas situacio situaciones nes referidas referidas a la ubicación ubicación en planta planta de de los planos resistentes verticales y las condiciones de estabilidad frente a la acción de fuerzas laterales que producen traslación o rotación del sistema estructural.

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FÍSICA I


Configuración en planta Se ha hablado de la necesidad de proyectar plantas estructurales regulares, con el fin de poder predecir predecir su su comportamie comportamiento. nto. En la figura figura 8 se ilustran, ilustran, en forma forma cualitati cualitativa, va, las disposiciones en planta que resultan recomendables y las que son inconvenientes.

[10]

FÍSICA I


Fig. 8 Uso de juntas de control El método general de diseño para cargas laterales consiste en ligar toda la estructura para garantizar su movimiento como una unidad. Sin embargo, a veces, debido a la forma irregular o al gran tamaño del edificio, puede ser deseable controlar el comportamiento bajo cargas laterales mediante el uso de juntas de separación estructural, permitiendo el movimiento completamente independiente de las partes separadas del edificio (fig. 9) .

Fig. 9

[11]

FÍSICA I


Fig. 10 1.1. Irregulari Irregularidades dades geométricas geométricas en planta

Fig. 11

CONCEPTO CONCEPTOS S ELEMENTAL ELEMENTALES ES PARA PARA INTERPRETA INTERPRETAR R LOS EFECTOS EFECTOS DE UN TERREMOTO EN LAS CONSTRUCCIONES Y EN LOS OBJETOS Efectos en las Construcciones Podemos interpretar el efecto efecto de un terremoto terremoto en las construcciones, como un movimiento brusco de sus fundaciones. Los parámetros que permiten estudiar las características de dicho movimiento y su efecto en las estructuras, son: el desplazamiento, la velocidad, la aceleración, la energía energía liberada, etc., etc., todos en función del tiempo (pues es un efecto dinámico). Estos datos se obtienen del procesamiento de la información registrada por instrumental adecuado (sismógrafos, acelerógrafos, etc.). [12]

FÍSICA I


El efecto que el viento produce en distintos elementos se puede representar por una fuerza horizontal en la dirección y sentido del mismo, cuya magnitud depende de su velocidad y de la superficie expuesta. Este fenómeno es intuitivamente interpretado por las personas que, ante la acción de un fuerte viento, se colocan de costado a la dirección del mismo, disminuyendo la superficie expuesta y, en consecuencia, la fuerza horizontal provocada. A fin de interpretar intuitivamente el efecto que un sismo provoca en las construcciones, observemos lo que sentimos cuando viajamos de pie en un colectivo; nosotros representaríamos el edificio, nuestros pies, las fundaciones, y el piso del vehículo, el terreno de fundación. Cada vez que el colectivo experimenta un cambio en la velocidad (esto es una aceleración), sentimos una fuerza horizontal que nos empuja hacia atrás o hacia adelante según sea que arranque (aceleración positiva) o frene (aceleración negativa). negativa). El valor de dicha fuerza fuerza depender dependeráá de la aceleración aceleración del vehículo vehículo (que representarí representaríaa la intensida intensidad d del sismo), sismo), y de nuestr nuestraa masa masa (que representa representa la masa masa del edificio). Resulta evidente que cuanto mayor sea la aceleración y el peso, mayor será la fuerza experimentada. De esta manera, en forma muy simplificada podemos interpretar el efecto del sismo en las construcciones como "una fuerza horizontal" cuyo valor se determina en función de la aceleración del terreno (intensidad sísmica), y de la masa del edificio. La aceleración provocada por el sismo en el terreno puede tener cualquier dirección y sentido, y se representa a través de tres componentes: dos horizontales perpendiculares entre sí (por ejemplo norte-sur y este-oeste), y una vertical. Las componentes horizontales provocan fuerzas sísmicas en esa dirección, y la vertical da lugar a fuerzas verticales, que se suman o restan (según su sentido), a las fuerzas gravitatorias (peso) de los elementos afectados. Este último efecto es equivalente al que sentimos dentro de un ascensor cuando se pone en marcha o se detiene. Sube

Estático o Velocidad constante

Aceleración hacia arriba

Baja

Aceleración hacia abajo

Representación esquemática de una edificación

Fig. 12 [13]

FÍSICA I


Las fuerzas horizontales son las principales responsables de los daños en las estructuras, y tienden tienden a "volcar" "volcar" los edificios; edificios; las verticale verticaless afectan fundam fundamental entalmente mente a partes partes estructurales en voladizo, tales como aleros y balcones.

Estático o Velocidad constante

Movimiento desacelerado

Movimiento acelerado

Representación esquemática de una edificación

Fig. 13 Efectos de fuerzas sísmicas en los Objetos Lo visto anteriormente es válido para cualquier elemento expuesto a la acción de un sismo. Es decir que un objeto cualquiera experimentará durante un sismo, fuerzas horizontales y verticales adicionales a su propio peso, las que que serán proporcionales a la masa del mismo. Si bien el sismo constituye un fenómeno dinámico, cuyo estudio implica tener en cuenta innumerables variables, podemos, en forma simplificada, considerar su efecto a través de la acción de tres fuerzas (adicionales al peso propio), dos fuerzas horizontales (según dos direcciones perpendiculares) y una fuerza vertical, aplicadas en el centro de gravedad (lugar donde se puede considerar concentrado el peso) del elemento. La cuantificación de estas fuerzas es una tarea que necesita de la consideración de una serie de factores, tales como: las características del sismo, las condiciones del suelo, el tipo de estructura (sus características resistentes, estáticas y dinámicas), etc. No obstante, a los fines de evaluar este efecto en los elementos comunes en el hogar, la oficina, etc., se pueden considerar dichas fuerzas con un valor igual al peso del elemento. Es decir que un objeto de peso P, se encontrará sujeto a fuerzas horizontales y verticales, como consecuencia de un sismo, aplicadas en su centro de gravedad. Este criterio debe utilizarse para realizar una revisión a conciencia de todos los objetos existentes en una vivienda, oficina, aula, etc., a fin de evitar el posible vuelco de los mismos ante la ocurrencia de un sismo.

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FÍSICA I


REFERENCIAS P: peso del del elemento elemento Fs1, Fs2: fuerzas sísmicas en la dirección horizontal 1 ó 2 Fsv: fuerza sísmica vertical

Fig. 14 En función de lo antes indicado surge la conveniencia de: Amurar los muebles altos.  Colocar los objetos más pesados en los estantes inferiores  Evitar ubicar elementos pesados (tales como floreros) en lugares altos, sin una  protección especial contra su caída. Verificar la estabilidad de los elementos elementos y considerar un peso adicional igual a su  propio peso, etc. Concepto de construcción sismorresistente y de materiales aptos Se entiende por Construcción Sismorresistente, aquélla que posee una estructura resistente, en cuyo proyecto y ejecución se han considerado, además de las cargas permanentes y las sobrecargas de servicio, las acciones provocadas por el sismo. Son, en consecuencia, construcciones capaces de resistir adecuadamente los efectos provocados por un terremoto. Se considera sismorresistente a toda construcción proyectada y construida de acuerdo con los reglamentos; esto no significa que la misma no vaya a sufrir daños ante sismos severos. Vulnerabilidad Sísmica Es un término relacionado con un edificio o estructura propenso o susceptible de sufrir daño o colapso debido a un terremoto potencial.

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FÍSICA I


Se determina que un edificio es sísmicamente vulnerable si no cumple con los reglamentos vigentes para construcciones sismorresistentes y con los criterios actuales de ingeniería sismorresistente, o si un análisis análisis determina que el sistema estructural no es es apto para resistir las acciones sísmicas y es susceptible de sufrir daño severo o aún de colapsar debido a un evento destructivo. II. Apli Aplicac cacio ione ness

Inclinación de un edificio Una aplicación muy importante sobre sobre el centro de gravedad es la que tiene que ver con la inclinación de un edificio, Durante muchas centenas de años, la Torre de Pizza fue la edificación con mayor inclinación. Esta torre según la historia fue construida en un terreno el cual anteriormente perteneció al curso de un rio, el cual debilito este terreno terreno y posteriormente hizo que que esta torre tenga una inclinación de 5,5 hacia el sur. Pero actualmente una construcción llevada a cabo en Dubái ha obtenido el mérito de tener la mayor inclinación en el mundo, sobrepasando así a la torre de Piza. Analicemos en cada caso por qué, al tener un inclinación no caen estos edificios. °

La torre de Pizza La estabilidad o equilibrio de un edificio depende, de acuerdo a las leyes de la estática, de la vertical que contiene al centro de gravedad. Se dice que habrá equilibrio siempre que la vertical que contiene al centro de gravedad caiga dentro del apoyo o base de sustentación, que en el caso de un edificio sería su base. Po lo expuesto anteriormente podemos deducir que la torre de Pizza no cae debido a que la vertical que contiene a su centro de gravedad aún cae dentro de su base de apoyo, como se observa en la fig. 15

Fig. 15

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FÍSICA I


El edificio con mayor inclinación en el 2011 Actualmente esta edificación ha obtenido el mérito de ser el edificio más inclinado del mundo. Analizaremos esta edificación de acuerdo a lo expuesto en el análisis de la Torre de pizza. Al igual que en la torre de Pizza la vertical que contiene al centro de gravedad de este edificio cae sobre la base de apoyo. Como observamos en la fig. 8. Este edificio posee una base de apoyo lo suficientemente extensa como para tener su centro de gravedad en una vertical que cae sobre esta base de apoyo. Seguramente si este edificio no tuviera esta extensa base volcaría volcaría como se muestra en la fig. 16.

Fig. 16 Seguramente si este edificio no tuviera esta extensa base (fig. 17) volcaría

Fig. 17

[17]

FÍSICA I

Esta Estabi bili lida dad d en las Edificacio Edificaciones nes

Edificios más altos del mundo

Rango

Nombre

Ciudad

País

Altura (m)

Pisos

Año de finalización

8 28 m

163

2010

1

Burj Khalifa

Dubái

Emiratos Árabes Unidos

2

Taipei 101

Ta Taipéi

Taiwán

509 m

101

2004

3

Shanghai World Financial Center

Shanghái

China

492 m

101

2008

4

International Commerce Centre

Hong Hong kong kong

China

484 m

118

2009

Torre Petronas 1

Kuala Lumpur

Malasia

452 m

88

1998

5=

Torre Petronas Petronas 2

Kuala Lumpur

Malasia

452 m

88

1998

7

Centro Financiero Nanjing Greenlan

Nankín

China

450m

89

2009

442 m

108

1974

5=

8

Willis Tower

Chicago

Estados Unidos

9

Centro Financiero Internacional de Cantón

Cantón

China

440 m

103

2009

10

Jin Mao

Sh S hanghái

China

421 m

88

1998

11=

Two International Finance Centre

Hong kong

China

415 m

88

2003

11=

Trump Internation l Hotel and Tower

Chicago

Estados Unidos

415 m

92

2009

13

CITIC Plaza

Ca Cantón

China

391 m

80

1997

14

Shun Hing Square

Shenzhen

China

384 m

69

1996

15=

Wilshire Grand Tower 1

Los Ángele Ángeless

Estados Unidos

381 m

65

2014

15=

Empire State Building

Nueva York

Estados Unidos

381 m

102

1931

A con continuació ción observaremos imágenes que gracia cias al gran ingenio del h mbre han podido ser edificadas. edificadas.

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FÍSICA I


Burj Khalifa

Taipei 101

Shanghai World Financial Center

International Commerce Centre

Torres Petronas

Willis Tower

Centro Financiero Internacional de Cantón

Jin Mao

Two In International Finance Centre

[19]

FÍSICA I


CITIC Plaza

Shun Hing Square

Burj Khalifa

Edificio Coste Localización Uso(s)

1500 millones millones € Dubai, Dubai,

EAU

Mixto Construcción

Inicio

21 de septiembre de 2004

Finalizació

4 de enero de 2010 Dimensiones

Altura máxima

828 m

Número d

163 plantas habitables

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Empir e State Building

FÍSICA I


plantas

más 46 niveles de mantenimiento mantenimiento en la torre y 2 niveles de aparcamiento en la base

Número d ascensores

57 Equipo

Arquitecto(s)

Skidmore, Owings and Merrill

Contratista

Samsung /

Promotor

Emaar

BESIX /

Arabtec Arabtec

Antecedentes Su diseñ diseñado adorr y cread creador or fue el arquitecto Adrian Smith. Smith. En un principio, el Burj Burj Khalifa Khalifa iba a tener tener el el nombre nombre de «Gro «Grollllo Tower»; Tower»; mediría mediría 570 metros, metros, lo suficien suficiente te par convertirlo en el edif edific icio io más más alt alto o del del mun mun o, y se se iba a situar situar en Australia. La forma del rascacielos scacielos no tenía nada que ver con el diseño actual. actual. Su diseño diseño consis consistía tía en un prisma con una punta iluminada. Más tarde, se decidió aumentar llaa al altura de del ed edificio a más de de 60 600 m tros. Una vez ya ubicado en la ciudad de Dubái ubái,, su dise diseña ñado dorr y cre cread ador or dec decid idió ió que que la alt alt ra del rascacielos iba a superar los 700 metros de altura. altura. Fue Fue entonces entonces cuando se creó el modelo que actualm actualment entee se cono conoce. ce. L altura fue guardada en secreto pero se estimó entre los 800 y los 820 metros. A medi mediad ados os de 2006 surgieron gieron más más rumore rumoress sobre sobre la posib posible le altura altura d l rascacielos y la posi posibi bili lida dad d de que su alt altura podría llegar a los 940 metros de altura, y algunos meses desp despué uéss sal salió ió un dibu dibujo jo con una altura calculada de 1.311 metros, pero todos resultaron fals falsos os rumo rumore res. s. La altu altu a final nunca fue revelada, pero durante l tiempo de su cons constr truc ucci ción ón se calc calcul uló ó que su altura exacta debería ser de 818 metros, siendo este dato desmentido cu cuando el el ed edificio llegó a su altura máxima, 828 metros.

Diseño Inspiración. Dubái co convocó un concurso de diseño inv invitando a presiti iosos arquitectos para para la conc concepc epción ión de de est este rasc rascac acie ielo los. s. El dise diseño ño gana ganado dorr del del Burj Burj Khal Khalif if fue desarrollado por la empresa empresa Skidmore Skidmore, Owings and Merrill, diseñadores de la Torre Willis en Chicago (octavo más grande) y otros edifici edificios, os, con el ya mencionado mencionado Adrian Smith al frente. El dise diseño ño de esta esta torr torree cue cuen n a con tres fuentes de inspiración principales:  El proyecto de un rascacielos de una milla (1.609 metros) de altura, diseñad eñado o por por Frank Lloyd Wright, el cual quedó inacabado. El Burj Khalifa mide aprox roximad madamente me media milla. formaa de de la la bas basee d l Burj Khalifa está basada en la  La form forma forma geomét geométric ricaa de una flor, la Hymenocallis

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FÍSICA I




blanca de seis pétalos cultivada en la región de Dubái y en la India. Tomando como inspiración la Hymenocallis, la base del Burj Khalifa consiste en una una Y, compuesta de arcos basados en los domos de la arquitectura islámica.

Arquitectura. La base del edificio cuenta con un núcleo y tres secciones laterales que

sobresalen de éste. Estas alas o secciones laterales ascienden cada una a distinta altura y van haciendo que la estructura del edificio vaya siendo más estrecha. La localización de las alas forma una escalera en caracol con dirección a la izquierda, que rodea el edificio y sirve para contrarrestar los fuertes vientos y las numerosas tormentas tormentas de arena arena en en Dubái. La efectividad de este diseño fue corroborada ante más de 40 pruebas en un túnel de viento, las cuales sustentaron su adecuado funcionamiento. A partir del último nivel mecánico del Burj Khalifa, localizado a más de 500 metros de altura, terminan las alas y solo queda el núcleo del edificio, el cual se subdivide hasta que termina en una punta, que es la antena. Ingeniería. El edificio, hasta los 586 metros, metros, está hecho de hormigón reforzado. reforzado. A partir del piso 156 (586 metros) y en adelante, las plantas están hechas de acero, lo cual las hace más ligeras. Interiores. La aclamada diseñadora de interiores Nada Andric al frente de Skidmore, Owings and Merrill, diseñó los interiores combinando el uso de vidrio, acero inoxidable, piedras pulidas, paredes de estuco, texturas artesanales y pisos de roca, todo esto inspirados en la cultura local de Dubái. Asimismo, más de 1000 obras de arte seleccionadas minuciosamente minuciosamente adornan el edificio y sus alrededores. Elementos Estructurales Cimentación. La cimentación de este edificio es la más grande jamás construida. Se compone por un innovador concepto basado en estudios geotécnicos y sísmicos: el edificio es soportado en primera instancia por una placa inmensa de hormigón armado de casi 4 metros de grosor, sumando 12.500 m³. Esta placa a su vez es soportada por un sistema compuesto por 192 pilotes de 1,5 metros de diámetro en su base por 43 metros de profundidad. Podium. El podium permite el anclaje del edificio en la cimentación y tiene un pabellón de cristal a cada lado del edificio que permite la entrada a las suites corporativas, al hotel Armani o a las residencias. residencias. Fachada exterior. La fachada del edificio está completamente tapizada por paneles de vidrio de alta prestación en el formato de doble vidrio hermético, compuesto por un cristal exterior SunGuard SunGuard Silver 20 clear el cual rechaza gran parte del del calor solar radiante y el cristal interior denominado ClimaGuard que no deja que la temperatura en el interior del edificio se incremente; ambos son cristales con coating (vidrio plano compuesto por una micronésima capa metálica la cual es selectiva de acuerdo a la longitud de onda del calor). Estos vidrios fueron producidos y provistos por el fabricante mundial de vidrio plano Guardian [22]

FÍSICA I


Industries, siendo casi 26,000 paneles que cubren una superficie aproximada de 170.000m2. Antena. Para completar el diseño del edificio (el cual cada vez se a haciendo más delgado conforme aumenta nta la la alt altur ura) a) se colo colocó có una una ant anteena tele telesc scó ó pica, compuesta por más de 4000 tonel das de acero. Para su colocación, este se c onstruyó dentro del edificio y fue emp jado por una bomba hidráulica hasta su ltura final. Esta antena tiene equipo de telecomunicaciones. Pisos mecánicos. El Burj Khalifa cuenta con siete niveles mecánicos localizados a lo largo del edificio cada 30 pisos, pisos, en en donde donde se sitúa sitúa la la maquinari maquinari que regirá los sist sistem emas as del del edif edific icio io,, tales como estaciones eléctricas, tanques y b ombas de agua, etc. Cinco Cinco de estos pisos pu pueden den dis disttingui nguirs rsee en en la la fa fachada hada del del edi edi icio, ya que son más grande ndes qu que la las ot as plantas y presentan un diseño de vidrio istinto. El sexto piso mecánico se encuentra en las primeras plantas del edificio y e l séptim séptimo o en las últimas plantas. Seguridad. Un aspecto rimario rimario en la constr construcci ucción ón del edifici edificio o es l seguridad ante cualquier improvisto. El Bur Burj Kha Khali liffa cue cuen nta con elev levador adorees de segu seguridad en caso de incend incendio io con capaci capacida da hasta para 5 toneladas. En caso de in endio también, existe existen n habita habitacio ciones nes de seguridad, localizadas cada 25 pisos y otadas de aire presurizado. Comp ración del Burj Khalifa con otras edificaciones

III. Relaciones Relaciones con el medio ambiente 3.1.REFLEXIONES. Para transformar los productos ductos de la natura naturalez lezaa en materi materiale aless utiliz utilizabl ables para construir edificios es necesario utilizar energía. Muchas veces esta energía se o tiene de las energías fósiles, con lo que se pro duce una dependencia de nuestr nuestraa socied sociedad ad de l importación de estas energías del exterior. Además Además,, su combus combustió tión produce anhídrido carbónico que va a la at ósfera aumentando la temperatura del planeta. [23]

FÍSICA I


Para construir un edificio, tanto en la elaboración de los productos que sirven de base como en la propia construcción, se utiliza gran cantidad de agua, así como durante la vida útil del edificio. Éste es un bien que cada vez es más escaso y que lo será más en el futuro.

Para el funcionamiento del edificio se necesita energía en forma de electricidad. Para la producción de electricidad se utilizan, en una proporción importante, energías fósiles, como son el gas y el gasoil, aumentando el riesgo del efecto invernadero.

Por otro lado, el desequilibrio de la balanza de pagos de un estado es un coste que tiene que asumir la sociedad. De la misma misma forma, debemos debemos considerar que las agresiones al medio ambiente son y será un coste que deberemos asumir toda la humanidad.

“Planteadas estas estas reflexiones cabe preguntarnos, preguntarnos, cuáles son las soluciones para para evitar estos costes, tanto del usuario como de la sociedad. sociedad. La respuesta respuesta debe estar en que los edificios deben diseñarse, construirse, utilizarse, mantenerse y desconstruirse con criterios de sostenibilidad.”

3.2.Criterios de sostenibilidad Según el diccionario RALE (Real Academia de la Lengua Española) el significado de sostenible es: “aquello que se puede sostener” Y si buscamos el significado sostener encontraremos que es: “soportar, resistir los efectos de algo” Así pues, la definición de sostenibilidad sería: “la capacidad de que el individuo pueda vivir en su

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FÍSICA I

Estabilidad en las Edificaciones entorno, sin que sus acciones degraden el medio ambiente”

Así pues, para para que las acciones del hombre hombre cumplan con el criterio de sostenibilidad, deberemos seguir un protocolo protocolo teniendo en cuenta las siguientes variables y combinándolas convenientemente para que den el mejor resultado posible:

1. Utilizar el mínimo de recursos naturales. 2. Utilizar materiales que estén en el entorno entorno próximo, para evitar el transporte. 3. Utilizar materiales que tengan un proceso de transformación sencillo, es decir, que requieran poca energía y agua para su transformación, y produzcan el mínimo de materiales de desecho. 4. Utilizar la mínima energía energía posible en el proceso. 5. Utilizar energías renovables frente a las fósiles. 6. Utilizar la mínima agua posible y reutilizarla si es posible. 7. Utilizar materiales que tengan un reciclage fácil al final de su vida útil, es decir, que puedan reutilizarse con facilidad.

“En definitiva, estamos pidiendo que seamos eficientes en los procesos que realicemos, con la finalidad de que nuestra actividad sea sostenible no sólo desde el punto de vista económico, económico, sino también también desde el punto de vista ecológico.”

FUNDAMENTAL: EXISTENCIA DE UNA INTERACCIÓN NORMATIVA y que sea de OBLIGADO CUMPLIMIENTO

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FÍSICA I


IV. Opinión Opinión crítica Como hemos visto, las edificaciones tienen que ver muchos aspectos, en los que predomina la construcción sismoresistente, aspecto económico económico y el impacto ambiental o aspecto ecológico. Además debemos debemos resaltar resaltar que este tema es muy importante importante en especial especial en nuestra nuestra formación formación profesional profesional como Ingenieros Ingenieros Civiles, Civiles, ya que nos permite permite saber saber cómo diseñar diseñar , const constru ruir ir y qué qué cond condici icion ones es debe debe cump cumplilirr una una edi edifi ficac cación ión,, para para que que así así haga hagamo moss una una buena infraestruct infraestructura. ura. Es así como garantizare garantizaremos mos la edificación edificación para que sea resistente resistente ante los impactos y fuerzas que provienen de la naturaleza como son: movimientos sísmicos, vientos y cambios de temperatura. Se sabe también que la estabilidad estabilidad desde el punto de vista vista de edificaciones, es la capacidad que posee una edificación de tratar de mantener su posición de equilibrio ante efectos efectos externos externos que lo lo tratan de modifica modificarr como: como: sismo, sismo, viento viento y la tempera temperatura. tura. Aquí Aquí muchos factores factores entran entran en juego, como por ejemplo ejemplo la elasticidad elasticidad que posee la columna, columna, la rigidez de la estructura, el tamaño, la proporción geométrica que existe entre la base y la altura. altura. Es decir decir la estabilid estabilidad ad está relacionado relacionado con con la base base de apoyo apoyo de las estructur estructuras, as, a mayor base base mayor mayor será será la estabilidad estabilidad;; también también con la altura, altura, a mayor altura será menor estable, estable, pero con menor altura altura la estructura estructura tendrá mayor mayor estabilidad, estabilidad, si el edificio edificio esta. Es por estas razones que existen existen diseños sismoresistentes, sismoresistentes, aerodinámicos, etc. También También podemos podemos deducir deducir que en realidad realidad no existe existe ningún edificio edificio perfect perfectamen amente te simétrico, ya que aunque este se haya contemplado así en una etapa de diseño siempre se producen excentricidades (centro de gravedad y de rigidez no coincidentes), que por lo general general son causadas causadas por efectos efectos constructivos constructivos (proceso (proceso de construcción). construcción).

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Estabilidad en Las Edificaciones

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