Muro de Palabras

Uno de los grandes placeres de la ingeniería estructural es poder aplicarla en proyectos inusuales. Al encontrar nuevas soluciones, nueva formas de resolver un problema en particular, la palabra ARTE irrumpe con mayor fuerza en nuestras tareas de ingeniería. "Christian Garden" es uno de los proyectos inusuales asumidos por la firma alemana Schlaich Bergermann und partner.


"Christian Garden", Berlin, Alemania.

"En el distrito de Marzahn, en Berlin, "Gardens of the World" ha recibido visitantes desde el año 2000 para que experimenten el arte de la jardinería de una variedad de culturas. Además del jardín Japonés, Balines, Coreano y Oriental, hay también un jardín cristiano diseñado por Relais  Landscape Architects. Se encuentra basado en la horticultura cristiana original: un jardín de monasterio rodeado por un claustro. Para un diseño moderno de los pasillos techados, los arquitectos proyectaron muros de palabras que formaran citas del antiguo y nuevo testamento de la biblia, pero ¿cómo estos muros pueden ser construidos? ¿tal vez en vidrio con el texto impreso? El equipo de Schlaich Bergermann und partner propuso que las letras en sí mismas sean portantes y formaran una especie de estructura de celosía metálica. En primer lugar habría que encontrar una tipografía especial porque las convencionales no eran adecuadas para este diseño en particular. Junto con los ingenieros, el tipógrafo Alexander Branczyk de la agencia Xplicit desarrolló una tipografía con muchos puntos de contacto entre las letras, esto aportaba al muro la estabilidad requerida. El siguiente paso fue seleccionar los pasajes de la biblia, este trabajo fue asumido por el teólogo Thomas Brose y Jurgen Israel. Finalmente la técnica de construcción tenía que ser elegida. En lugar de cortar las letras con láser de una plancha metálica, los ingenieros optaron por vaciar el metal derretido en moldes. Este método no solo era más económico sino que permitía el uso de una aleación hecha específicamente para este proyecto: aluminio de alta resistencia, liviano y dúctil. Los elementos del muro y techo fueron soldados y pintados de color dorado. Ahora relucen como un ornamento religioso gigantesco y al mismo tiempo el pasillo cubierto sirve de enrejado para las plantas del jardín. En total, una estructura que despierta todo tipo de asociaciones."

Traducción propia de artículo original en DETAIL Engineering 1

Encontré además un video muy genial sobre esta obra:


the written garden - Berlin from Richard Cameron on Vimeo.



Cuando la redistribución de momentos te salva la vida

Una de las frustraciones que golpea la tranquila vida de un diseñador estructural sucede cuando luego del análisis estructural, una sección de viga requiere un refuerzo superior al máximo permitido. Si las condiciones de arquitectura no te permiten modificar las dimensiones de esta viga entonces ya es hora de ir pensando en sacar algún truco bajo la manga, algún conocimiento obscuro y tenebroso que te permita dormir con la conciencia tranquila, uno de estos trucos es la distribución de momentos.

Y de obscuro y tenebroso no tiene nada ya que su aplicación se encuentra en el código ACI desde 1971 (¿tal vez antes?). El análisis que considera la redistribución de momentos se denomina análisis límite y tiene la ventaja de que se puede obtener la "verdadera" carga de falla de una viga, y por "verdadera" me refiero a más aproximada que aquella obtenida por un diseño por resistencia. Si en una viga continua en sus dos extremos presenta sendos momentos negativos descomunales, es posible mediante un análisis límite quitar refuerzo superior en los extremos y aumentar el refuerzo inferior en la parte central sin comprometer la seguridad de la viga, bajo ciertas condiciones.

El análisis límite aprovecha una de las cualidades del concreto armado que lo hacen uno de los materiales de construcción más extraordinarios que existen, y esa cualidad es la ductilidad. Una sección transversal de concreto armado es dúctil cuando presenta grandes rotaciones antes de fallar por flexión. La magnitud de estas rotaciones dependen principalmente del área de acero: mientras el área de acero en TRACCIÓN es mayor, la rotación antes de la falla es menor, es decir menor ductilidad, por otro lado mientras el área de acero en COMPRESIÓN  es mayor ocurre lo contrario, la rotación y por lo tanto la ductilidad aumenta. Una sección de viga con el acero en fluencia que está rotando antes de llegar a la falla y que ofrece una resistencia constante (independiente a su rotación) se denomina rótula plástica.

La redistribución de momentos de un tramo de viga continua consiste en aceptar que, a nivel de resistencia, los momentos negativos en los extremos de la viga ya hayan superado los momentos resistentes y hayan formado rótulas plásticas. La sección central bajo momento positivo se encarga por lo tanto de equilibrar el sistema recibiendo los momentos que las secciones extremas ya no pueden soportar.

El cálculo exacto de la redistribución de momentos y de la capacidad de rotación de las secciones puede ser algo engorroso, es por eso que el código ACI nos ofrece un procedimiento sencillo para poder aplicarlos en nuestro diseño cotidiano. Se toma como medida de la ductilidad de la sección el cociente -ρ’)/ρdonde:

ρ : Cuantía de acero en tracción
ρ’: Cuantía de acero en compresión
ρb: Cuantía balanceada

Según el ACI:

"Excepto cuando se utilicen valores aproximados para los momentos, los momentos negativos en los apoyos de elementos continuos a flexión, calculados mediante la teoría elástica para cualquier distribución supuesta de carga, pueden incrementarse o disminuirse en no más de 20 [1--ρ’)/ρb] por ciento. Estos momentos negativos modificados se utilizarán para el cálculo de momentos en las secciones dentro de la luz. Tales ajustes se harán solo cuando la sección para la cual se reduce el momento esté diseñada de manera que ρ  o ρ-ρ’ sean iguales o menores que 0.50ρb"

Si graficamos el porcentaje de momento que nos permiten redistribuir tendríamos lo siguiente:



Por lo tanto si nos cruzamos con un momento negativo gigante en los apoyos de una viga continua, que ocasiona congestión en el refuerzo o peor si requiere un área de acero que supera el máximo, entonces ya sabemos que podemos reducirlo hasta un máximo de 20%, dependiendo de los refuerzos superior o inferior de la sección, y con esos momentos negativos modificados calcular el nuevo momento requerido positivo al centro del tramo, que será mayor. De esta manera disminuyes el refuerzo superior en los extremos y aumentas el inferior al centro del tramo, y duermes en paz al final del día.



Algunas reflexiones sobre la Ingeniería

Jörg Schlaich es un ingeniero estructural alemán reconocido por su excelente trabajo en el diseño creativo de puentes, techos de tramos largos y otras estructuras complejas. Además de ser uno de los principales investigadores de los modelos de puntales y tirantes, usados para el diseño de concreto armado de formas geométricas no convencionales. 

En el libro Aforismos Estructurales, escrito por Javier Rui-Wamba, podemos encontrar un prólogo redactado por Schlaich donde reflexiona acerca del trabajo del ingeniero, su rol en la sociedad y la problemática actual en el diseño.

Puente Yamuna en Wazirabad (Schlaich Bergermann&Partner)

El prólogo empieza comentando el ingenioso proyecto del funicular sobre las cataratas del Niágara.
"Ya el libro anterior de la Fundación Esteyco me encantó infinitamente, porque con el ejemplo del excelente y universal ingeniero español Torres Quevedo y su ingenioso funicular sobre las Cataratas del Niágara expone toda la amplitud técnica e intelectual de la ingeniería civil constructiva. Nos comunica como conocimientos fundados y amplios y amor al detalle constructivo, unidos con fantasía, entusiasmo y sentido de responsabilidad social, crearon una construcción de una extraña belleza y eficiencia,  en cuyo centro se encuentra el hombre."

Asimismo comenta el rol del ingeniero civil en la sociedad y el fin del diseño, que no se debe limitar a cumplir con los requerimientos técnicos sino a considerar la estética y la integración al entorno natural. 
"Mostrar que la ingeniería civil constructiva sólo puede cumplir sus responsabilidades si refleja su contexto social, económico y político y que, viceversa, una sociedad humana estaría condenada a la pobreza miserable y la enfermedad dolorosa, si no dispusiera de una infraestructura técnica creada por ingenieros. Por último, que el hombre enferma mentalmente, si las construcciones de la ingeniería en su espacio vital sólo se ajustan a los criterios técnicos y económicos y si no están correctamente proporcionadas y, bien diseñadas, de tal forma integradas en su entorno natural, que se las siente como parte inseparable delarte de la construcción. ¡La única contraprestación del hombre para la invasión de la naturaleza con construcciones es la cultura!"
 Luego anota la problemática de cómo se afrontan los proyectos en las primeras etapas.
"La verdad es que una persona ajena se tiene que preguntar frente a la ingeniería civil constructiva, por qué la mayoría de los ingenieros siguen tratando el proyecto, el momento de nacimiento de su obra, con tanta negligencia, ya que es la fase más hermosa, estimulante y creativa de todo el proceso de planificación. Aquí se mezcla el saber de base científica técnica del ingeniero inseparablemente con su fantasía, su alegría de innovar, ¡un verdadero placer! Dificultades con la estática o con la ejecución de la obra se deben casi siempre a un proyecto negligente."
"Por otro lado, el ingeniero con alegría de innovar no se enfada por condiciones de entorno difíciles en casos aislados, sino le están bienvenidos como posibilidad para un único proyecto referido al lugar y acepta la obligación al ahorro y a la eficiencia como maestro."
Estación del tren Tianjin West (Schlaich Bergermann&Partner)

Indica además que los nuevos procedimientos, a pesar de ser muy poderosos gracias a las computadoras personales, no mejora considerablemente la calidad final del proyecto.
"En vista del progreso vertiginoso en todos los campos, desde el desarrollo de nuevos y cada vez mejores materiales de construcción, las posibilidades de cálculo y representación asistidas por ordenador, hasta los más sofisticados métodos de fabricación y montaje, deberíamos acercarnos a una época dorada. Desgraciadamente hay que temer más bien lo contrario; por lo menos en la práctica casi nada de este progreso se manifiesta en una nueva calidad de las construcciones de ingeniería. Al contrario parece que, con algunas excepciones sobre todo precisamente en España, la mayoría de nuestros puentes, torres, pabellones se presentan cada vez más vulgares, monótonos y a veces hasta misantrópicos y lo que es aún peor, en realidad a nadie le molesta; ni a los mismos ingenieros civiles, ni a los propietarios, y mucho menos a la opinión pública, como si construcciones de ingeniería no pertenecieran a la cultura de la construcción. No reaccionamos a problemas con soluciones nuevas sino con prohibiciones, con una densidad de reglamentos proliferando hasta lo absurdo. La profesión del ingeniero no tiene imagen, ya no se tiene en cuenta las construcciones de ingeniería, se espera de ellos solamente una indigna funcionalidad al precio más bajo. Si se trata por ejemplo de un puente encima de un valle cerca de una población, todo el mundo se concentra en la protección acústica y no se conforma hasta haber conseguido una pantalla de protección acústica de 4 m de altura, sin darse cuenta de que alguien, sensible con todos sus sentidos, tiene que lamentar ahora una contaminación estética en vez de acústica." 
Esta problemática tiene como principal causa la especialización excesiva, donde cada profesional es una isla que observa solo lo que le concierne a su área, sin mirar hacia las áreas adyacentes.

"La causa del mal es la especialización, la parcelación, la estupefacción de los ingenieros, produciéndose todas estas contribuciones al progreso, en realidad admirables y gratas, separadamente, convirtiéndose de esta manera en finalidades en sí. Sabemos de cada vez menos cada vez más, finalmente demasiado para estar aun capaz de tomar decisiones desde un punto de vista superior. Por el miedo justificado de que se nos demande por el incumplimiento de cualquier reglamento, ya sólo elegimos la solución estándar cubierta de los reglamentos. A eso sólo se puede contrarrestar dentro de la formación en las universidades, academias y escuelas, enseñando ya ahí la construcción de ingeniería de forma completa y multidisciplinaria en materia y campo y practicando diseño, incluyendo la colaboración con colegas de otras disciplinas. El ingeniero tiene que comprender pronto que tiene la responsabilidad de la calidad completa de sus construcciones de ingeniería, al igual que el arquitecto para las suyas, y que tanto la forma como la estática, la construcción y la fabricación pertenecen a ello. Nada de ello debe dejar de lado o delegar, pero la persona autocrítica buscará la colaboración consultiva con arquitectos, urbanistas e ingenieros de otras disciplinas; y siendo buena la colaboración, al final no importa que procedía de quien, sino solamente el resultado: la calidad completa de la obra."
Puente-Escultura "Slinky springs to fame" (Schlaich Bergermann&Partner)

Incentivar que cada especialista obtenga conocimientos prácticos de las demás especialidades que participan en un proyecto puede influir positivamente en la calidad final de este; asi como recordar que el fin supremo de todo diseño es el ser humano cuyas necesidades, relacionadas tanto a lo técnico como a lo emocional, deben ser satisfechas.

Anclaje del refuerzo (Infografía)


Infografía sobre los factores que afectan al anclaje de las barras de refuerzo en el concreto armado


Por qué es importante el diseño

Hace un tiempo encontré en la página principal de ARUP un artículo interesantísimo que trata sobre las características de un bueno diseño para un ingeniero estructural. Las ideas presentadas resultan muy inspiradoras, por lo que hice una traducción para el público hispanohablante. El artículo original lo pueden encontrar aquí.

¿Por qué es importante el diseño?

¿Por qué el diseño es tan importante para nosotros en ARUP?, ¿por qué lo celebramos publicando nuestro Design Book?, es porque el diseño nos permite formar un mundo mejor.

Principalmente diseñar es preguntarnos a nosotros mismos: ¿hay una mejor forma de resolver esto?, un buen diseño sucede cuando extiendes esta pregunta en el contexto más amplio posible. Por lo tanto, un buen diseño debe por última instancia ayudar a crear un mundo donde las personas estén más sanas y seguras, un mundo que funcione más eficientemente y en donde ellas puedan disfrutar.

Como ingeniero estructural esto significa que, para mí, diseñar no es solo idear una estructura perfecta, significa también considerar cómo esta edificación afecta a las personas. Y no solo me refiero a la productividad, sino también a cómo las personas disfrutan de la estructura. Y realizarlo además de manera eficiente, sustentable y rentable.

Los principales componentes de un proyecto típico son tres: calidad, tiempo y dinero. Sin la inspiración proveniente del diseño estos ingredientes permanecen interdependientes. Por ejemplo puedes mejorar la calidad de un proyecto, pero tomará más tiempo y/o costará más; puedes reducir los costos, pero el proyecto tomará más tiempo y/o la calidad se verá reducida.

Gran Teatro Nacional de China
El buen diseño permite ajustar estos factores independientemente, en el mejor de los casos mejorar los tres. Por lo tanto, la genialidad de un buen diseño nos permite mejorar la calidad sin modificar el tiempo y/o el costo. Podemos entregar una edificación que cumpla con todos los requerimientos del cliente y obtener al mismo tiempo ahorro de dinero y sostenibilidad.

La habilidad del diseñador radica en seleccionar dentro de las diferentes opciones y usar la intuición y la respuesta emocional para encontrar la solución más apropiada. Puedes evaluar la solución usando el análisis, pero no puedes resolver problemas de solución abierta usando solo matemáticas. Necesitas ambos lados del cerebro, necesitas tanto la intuición como la lógica.

Para empezar necesitas sumergirte en el problema. Asegurarte que lo entiendes bien averiguando qué aspectos son importantes para el cliente, algo que puede no estar muy claro al inicio. Luego necesitas investigar, examinar qué es lo que otras personas han hecho en el pasado, cómo ellos han resuelto anteriormente problemas similares.

Luego continúa el proceso de síntesis y análisis, donde se usan ambos lados del cerebro. Antes de finalizar la solución, puede resultar ventajoso que apartes el problema a un lado por un tiempo y dejes que el subconsciente se encargue de él. El diseño es un fluido y necesita tiempo para desarrollarse, no siempre florece cuando estás bajo excesiva presión.

Un buen diseño también depende mucho de la colaboración para dar mejores resultados. En ARUP, nosotros diseñamos en colaboración con nuestros clientes y colegas, y el Design Book es una celebración de nuestros mejores éxitos. La colaboración también se realiza internamente, donde la diversidad en experiencias y habilidades aportan nuevas perspectivas al proceso de diseño.

Una vez escuché a Peter Rice decir que innovar es al final menos riesgoso que solo repetir lo que ya has realizado antes, ya que la repetición te hace complaciente. Personalmente admiro este sentimiento. Yo agregaría que la innovación, aunque no sea siempre posible, es algo a donde siempre debamos apuntar debido a los beneficios que conlleva. 

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El Discurso de Ove Arup

ARUP es una de las firmas de consultoría estructural más importantes del planeta, entre sus proyectos se encuentran la Casa de la Opera de Sydney (que merece su propia entrada por las complicaciones en la ejecución del proyecto), el Nido de Pájaro y el Edificio CCTV en Beijing, El Puente Millenium en Londres (que también merece su propia entrada por su curioso bamboleo en el día de su inauguración), etc. Su fundador, Sir Ove Arup, fue un ingeniero estructural nacido en el Reino Unido que fue una gran inspiración para las personas que trabajaban en su firma tal vez como Steve Jobs lo fue para Apple. 

En julio de 1970, Ove Arup realizo un discurso a sus empleados denominado ahora "Key Speech", en donde establece los principios y objetivos de la firma. En esta entrada rescato los fragmentos de este discurso que me parecieron los más importantes.

Casa de la Ópera de Sydney
  • Has que tu trabajo sea interesante y gratificante. Disfruta tanto tu trabajo como tu ocio.
  • Debemos esforzarnos por la calidad en lo que hacemos, y nunca estar satisfechos con un trabajo mediocre.
  • Expandir nuestros conocimientos técnicos a otros campos adyacentes a la ingeniería estructural: arquitectura, planeamiento, mecánica de suelos, ingeniería ambiental, programación por computadora, etc.
  • Todas las decisiones importantes del diseño deben considerar a todas las especialidades con sus respectivas prioridades. Este ideal casi nunca se realiza totalmente en la práctica, sin embargo vale la pena luchar por ello.
  • Todos los miembros de una organización deben ser tratados no solo como un eslabón en la línea de comando o un engranaje en una maquina burocrática, sino también como un ser humano cuya felicidad es asunto de todos. Que es tratado no solo como un medio sino como un fin.
  • Para hacer trabajo de calidad, se necesita gente de calidad.
  • Depende de nosotros crear una organización en donde los más hábiles se puedan desarrollar libremente.
  • No importa lo maravillosa que puede ser una organización, su éxito depende de las personas que trabajan allí.
  • Si llegamos a un estado en que cada hombre o mujer es respetado por el trabajo que hacen, están haciendo lo mejor que pueden, están orgullosos de los que hacemos y comparten un entusiasmo general, entonces estamos en casa.

CCTV Headquarters en Beijing

Puente Millenium en Londres

Enlaces:
Página principal de ARUP
Descargar el "Key Speech"