Sistemas Estructurales Eficientes para Edificios Altos y Rascacielos

Sistemas Estructurales para Edificios de Gran Altura

Tipos de Sistemas Estructurales

Interacción Marco-Muro

Este sistema permite lograr estructuras de hasta 70 niveles. En él, la función de los muros es importante para controlar los desplazamientos laterales, sobre todo en los pisos inferiores.

Sistema Tubo

El número de pisos que se pueden alcanzar con este sistema es de 75, además de que se obtiene una distribución de cargas uniforme en las columnas extremas o de fachada.

Sistema Tubo en Tubo

Con este se logran estructuras de aproximadamente 90 niveles. El comportamiento de este sistema se basa no solo en las columnas y vigas extremas, sino en un subsistema estructural interior y una acción conjunta entre los diferentes sistemas tubo.

Tubo con Contraventeo en Fachada

Una solución estructural que permite restringir los desplazamientos y disminuir los efectos P-delta. Este sistema es muy eficiente en esto, obteniéndose edificios cercanos a los 120 niveles.

Megacolumnas con Muros de Cortante

Considerado lo último en estructuración, proporciona una solución que sobrepasa los 125 niveles.

Vigas de Transferencia

Los sistemas antes mencionados utilizan vigas de transferencia entre la zona central, formada por muros de hormigón, y las columnas exteriores. Las vigas de transferencia unen los elementos antes mencionados en diferentes niveles.

Nota sobre ubicación (GRÁFICO): La localización óptima de estas vigas de transferencia es a 2/3 partes de la altura total de la estructura del edificio. El comportamiento de la estructura mejora en forma proporcional al número de vigas de transferencia que se coloquen; sin embargo, después de 3 niveles de vigas, el beneficio se vuelve marginal.

Hormigones de Alta Resistencia

Características

• En edificios altos se utilizan hormigones cuyas resistencias oscilan entre 800 kg/cm² y 1200 kg/cm².
• Al aumentar la resistencia a compresión del hormigón, también aumenta el módulo de elasticidad, por lo tanto, disminuyen los desplazamientos laterales bajo fuerzas de viento o sismo.

Efectos a Considerar

En edificios altos (y también en los de menor altura), es crucial considerar:

• Efecto P-delta: Es muy importante controlar los desplazamientos laterales y mantenerlos a un nivel bajo. Esto se lleva a cabo aumentando la rigidez lateral de la estructura.
• Acortamiento diferencial de columnas: El hormigón sufre cambios volumétricos (retracción y fluencia lenta). El efecto diferencial de este cambio entre columnas interiores y exteriores, o entre elementos con diferentes historias de carga, genera problemas como pisos desnivelados, mal funcionamiento del equipo mecánico y, como consecuencia, puede generar agrietamiento en muros divisorios y otros elementos no estructurales.

Comparativa: Estructuras de Hormigón vs. Acero

Ventajas de las Estructuras de Hormigón

Entre las ventajas de las estructuras de hormigón armado frente a las de acero para edificios altos, podemos mencionar:

• Gran rigidez lateral: Las estructuras de hormigón suelen tener secciones más robustas (masivas) en comparación con su equivalente en estructuras de acero, lo que les confiere mayor rigidez inherente.
• Mayor masa: La masa de una estructura de hormigón es típicamente entre un 50% y un 70% mayor que la de una estructura de acero equivalente, lo cual puede ser beneficioso para el comportamiento dinámico (periodos de vibración más largos) y el confort frente al viento.
• Mayor amortiguamiento: El hormigón armado posee un mayor amortiguamiento intrínseco que el acero, lo que ayuda a disipar energía durante eventos sísmicos o de viento fuerte.
• Control de desplazamientos (Rigidez): Mientras que en el caso del acero a menudo se deben aumentar las secciones estimadas por resistencia para cumplir con el desplazamiento lateral permitido, en el hormigón, la rigidez suele ser suficiente si se diseña adecuadamente por resistencia.
• Simplificación de los métodos constructivos: Las estructuras de hormigón armado, especialmente las construidas in situ, nos ofrecen una gran facilidad y monolitismo en sus conexiones.