Autor: Ing. Carlos Cházaro Rosario.

Definición de conexión.

Conjunto de elementos que se intersectan en un nodo con el fin de trasmitir esfuerzos entre sí apegándose a las condiciones del modelo ideal de la estructuración, las conexiones pueden ser unidas mediante tornillos de alta resistencia y/o soldadura.  

_{Fig. 1. Ejemplos de conexiones atornilladas y soldadas} 

Las conexiones forman una parte fundamental en las edificaciones de acero, ya que estas unen todos los elementos constitutivos de la estructura.  

La seguridad de las conexones dependen del un diseño adecuado y naturalmente de los procesos subsecuentes como es la fabricación y el montaje, en ocasiones se piensa que la seguridad de las conexiones dependen si se hacen con tornillos o con soldaduras.  

A continuación presentaremos el trabajo estructural de las diversas conexiones que pudieran existir.  

	ASD	LRFD
Rígida	Tipo I	Totalmente Restringida
Simple	Tipo II	Parcialmente Restringida
Semi – Rígida	Tipo III	Parcialmente Restringida

 

Las conexiones se clasifican en 3, rígidas, simples y semi-rígidas, además existen 2 metodologías de diseño en donde se tendrán una clasificación distinta en el caso del Diseño por Resistencia Permisible (ASD) serán de Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3, en el caso del Diseño por Factores de Carga y Resistencia serán Totalmente restringidas o Parcialmente restringidas.  

La clasificación de las conexiones será a partir de las restricciones que tienen con respecto a girar en el nodo donde se intersectan las barras a conectarse.  

Conexión Simple. Una conexión simple es aquella que permitirá rotación en el nodo.. Tanto el apoyo fijo como el apoyo móvil se consideran articulaciones, esto quiere decir que permiten rotación exactamente en el nodo y no hay restricciones contra el giro. 

Para que la conexión se considere simple, máximo deberá desarrollar el 20% de capacidad contra la rotación (capacidad de momento flexionante) de la trabe.    

   

_{Fig. 2. Conexión Simple} 

Para que en la realidad se presenten estas condiciones los perfiles deberán conectarse únicamente en el alma y que los patines generarían un par de oposición al giro y por esta razón será fundamental que queden desconectados. 

Como se puede observar en la figura 2. Únicamente se conecta el alma a través de tornillos de alta resistencia, en este caso el par generado por los tornillos deberá ser menor que que el 20% de resistencia a flexión de la trabe para que se considere que es conexión simple.  

Conexión Rígida. El empotramiento es una conexión que se supone desarrolla rigidez infinita, es decir, en este caso no existe rotación en el nodo y se contrarresta con un par de fuerzas que generan el impedimento contra el giro.  

Para que la conexión se considere totalmente restringida la capacidad de dicha conexión mínimo deberá resistir el 90% de la capacidad de la trabe.  

_{Fig. 3. Conexión Rígida} 

Uno de los criterios de estructuración establece que debemos desarrollar estructuras lo mas hiperestáticas posibles, en este caso este tipo de conexión permite que los marcos otorguen mayor rigidez contra los desplazamientos laterales ocasionados por fuerzas accidentales. Físicamente esta conexión deberá conectarse tanto los patines como el alma de los perfiles con el objetivo de que se desarrolle el par de fuerzas que logre impedir la rotación en el nodo, además deberá establecerse continuidad en el nodo con la utilización de los atiesadores presentes en la columna. En La Fig3. Se muestra la conexión típica de patines soldados y alma atornillada con la continuidad en la columna.  

 

Conexión Semi-Rígida. El resorte representa un vínculo de conexión que se encuentra entre cero rigidez y la rigidez infinita. Es decir, sabemos que no existe ningún material que tenga rigidez infinita porque invariablemente sufrirá deformaciones.  

En este caso para considerar que una conexión es semi-rígida, deberá fundamentarse entre el 20% y el 90% de capacidad de la conexión.   

_{Fig. 4. Conexión semi-rígida} 

Al igual que ene l empotramiento este sistema de conexión deberá establecerse con patines y alma, con la única diferencia de que no existe continuidad en ellos elementos que se están conectando.  

Suelen resultar económicas desarrollarlas de esta manera, sin embargo deberá tenerse cuidado en el momento en el que se plantean los modelos ideales de estructuración para colocar la rigidez adecuada y contrarresten movimientos laterales ante cargas accidentales.  

_{Fig. 5. Representación Gráfica de las Conexiones} 

Autor: María Bustamante Harfush. Agradecimiento especial en la realización de este artículo y presentación visual a Arielle Sheinberg y Willy Ruíz.

Con el planteamiento de las primeras viviendas estructuradas en acero, se abrió todo un nuevo campo para experimentar con modelos de vivienda que aprovecharan al máximo las propiedades de este material. Es por eso que entre 1945 y 1966 la revista Arts & Architecture generó una iniciativa en la que se invitó a arquitectos destacados de la época, entre ellos Richard Neutra, Raphael Soriano, Craig Ellwood, Charles y Ray Eames, Pierre Koenig y Eero Saarinen a plantear modelos de vivienda baratos y eficientes para satisfacer la demanda que iba en aumento debido al fin de la Segunda Guerra Mundial.  

Entre los proyectos que formaron parte de este programa se encuentran algunos de Richard Neutra, que fue un arquitecto austriaco que emigró a California. Sus proyectos destacan por incorporar criterios novedosos como el hormigón armado, el uso de estructuras metálicas y prefabricados. Neutra fue el autor de la Casa VDL y la Casa Kaufmann, que sirvieron de inspiración para el planteamiento del programa de las Case Study Houses; la primera, cuyo nombre completo es Casa Van Der Leeuw, fue construida en 1932 gracias al donativo de un filántropo del mismo nombre. Esta casa sirvió como lugar de experimentación e implementación de los principios que el mismo Neutra menciona en su libro Wie Baut amerika? (¿Cómo se está construyendo en Estados Unidos?), como el énfasis de la línea horizontal en la composición de la casa, espacios libres y flexibles, el uso de columnas delgadas de acero que sostienen losas sobredimensionadas para marcar la horizontalidad y hacer parecer que flotan. Para el año de construcción de esta casa, estructurarla completamente en acero era imposible de costear, por lo cual Neutra complementó la estructura con elementos de madera y trabes de hormigón armado. También utilizó otro tipo de sistemas novedosos, como cables que refuerzan la estructura de la escalera.

La segunda, la Casa Kaufmann, de 1946, fue encargada por un hombre del mismo apellido, que diez años antes había comisionado la Casa de la Cascada a Frank Lloyd Wright, de quien Neutra fue discípulo. Pensando en que se trataba de una casa para pasar el invierno, la casa aprovecha al máximo la luz y el calor a través de sus fachadas de vidrio, que contrastan con losas macizas que destacan la horizontalidad de la casa, que se sostiene por medio de ligeras columnas de acero, haciendo que parezca que la casa flota sobre el terreno. Los materiales utilizados en este y la mayoría de los proyectos de Neutra son: piedra local para elementos macizos, aluminio para elementos flexibles, vidrio para cerrar las fachadas transparentes, acero como parte de la estructura y la cancelería y canalones que sobresalen del techo para conducir el agua de lluvia, los cuales además, se utilizan como elementos compositivos. 

Cuando surge la iniciativa para las Case Study Houses (CSH), Neutra participa con tres proyectos CSH #6: “Omega”, CSH #13: “Alpha” (no construida) y CSH #20: “Bailey House”, todos estos mantienen la horizontalidad, ligereza y el uso del vidrio y el acero que son tan característicos de este arquitecto. 

  

_{Casa VDL: https://www.blog.arquitectos.com/blog/arquitectos/richard-neutra-casa-vdl-1932/} 

_{Casa Kaufmann: https://www.archdaily.mx/mx/627978/clasicos-de-arquitectura-casa-kaufmann-richard-neutra} 

Otros autores destacados en este programa fueron Ray y Charles Eames, que, entre otros proyectos, diseñaron la Casa Eames (CSH #8) en 1945, que consta de dos volúmenes separados, uno para albergar la casa y otro para el estudio, ambos compuestos a partir de una estructura metálica aparente en forma de retícula, cuyos vanos se cubrieron con trozos de vidrio, vidrio esmerilado o paneles de colores, todo esto genera un juego de luz muy interesante al interior de la casa y el estudio. En la fachada posterior se colocó un muro de contención de concreto armado, pues la casa se inserta en un terreno con una pendiente pronunciada. Ambos volúmenes son de doble altura con un tapanco que alberga algunas partes del programa y en el centro hay un pequeño patio. La casa se sostiene con perfiles IPS, es decir, con forma de “H”, de acero de cuatro pulgadas para las columnas y doce pulgadas para el techo, esta condición genera que las columnas estén muy cercanas, pero por su esbeltez parecen parte de la cancelería.

Toda la casa menos el muro posterior, se hizo a partir de prefabricados, logrando tal eficiencia constructiva que sólo tomó tres días montarla en su sitio. Además, los Eames, junto con Eero Saarinen, diseñaron la CSH #9: “Entenza House” en 1949 como parte del mismo programa. Esta casa comparte varias características materiales y estructurales con la Casa Eames, que es su vecina, excepto que en lugar de disponerse de manera lineal, se inscribe en un cuadrado y tiene un juego mucho más complejo entre las partes de la fachada que son transparentes y opacas.

 

 

  

_{Eames House (CSH #8): https://www.npr.org/2019/08/02/738083070/charles-and-ray-eames-made-life-better-by-design-their-home-was-no-exception} 

_{Entenza House (CSH #9): https://images.adsttc.com/media/images/598c/8804/b22e/3894/a000/021a/large_jpg/gri_2004_r_10_b188_f003_752_35.jpg?1502382075} 

Entre las Case Study Houses también destacaron por el uso de estructuras de acero la Casa Stahl (CSH #22) de Pier Koening (1960), cuya losa de techo se sostiene a partir de una ligera estructura de acero que se apoya sobre otra estructura a partir de zapatas con más de 10 m de profundidad y vigas de concreto armado que permiten generar un gran voladizo en la losa inferior. Esta casa tiene como antecesora a la CSH #21, del mismo arquitecto, que explora principios similares, sólo que con modulaciones mucho menores (de 3m, cuando en esta son de 6m), presentando un mayor reto estructural.  

Aunque de las 36 propuestas que se plantearon, no todas se construyeron, el ejercicio de las #Case Study Houses# ayudó a generar un diálogo dentro y fuera del ámbito de la arquitectura de cómo utilizar los materiales y tecnologías del siglo XX para hacer más eficaces los procesos para poder colocar un techo sobre la cabeza de todos los ciudadanos sin generar grandes costos. 

_Referencias: 

_{https://www.steelplex.com.ar/una-breve-historia-de-la-construccion-de-estructuras-de-acero-2/} 

_{https://www.archdaily.mx/mx/867409/clasicos-de-arquitectura-maison-de-verre-pierre-chareau-plus-bernard-bijvoet} 

_{https://repositorio.upct.es/bitstream/handle/10317/4377/wgw.pdf?sequence=1&isAllowed=y}  

_{https://www.archdaily.mx/mx/02-169324/clasicos-de-arquitectura-casa-farnsworth-mies-van-der-rohe?ad_source=search&ad_medium=search_result_all} 

_{https://es.wikipedia.org/wiki/Casa_sobre_el_Arroyo} 

_{https://es.wikipedia.org/wiki/Case_Study_Houses}  

_{https://www.metalocus.es/es/noticias/casa-de-investigacion-vdl-por-richard-neutra} 

_{https://es.wikiarquitectura.com/edificio/vdl-research-house-i/} 

_{https://www.archdaily.mx/mx/627978/clasicos-de-arquitectura-casa-kaufmann-richard-neutra} 

_{https://es.wikiarquitectura.com/edificio/casa-stahl-case-study-house-no22/} 

_{https://www.archdaily.mx/mx/623323/clasicos-de-arquitectura-casa-eames-charles-y-ray-eames} 

_{https://en.wikipedia.org/wiki/Entenza_House} 

_{https://www.archdaily.mx/mx/02-114321/clasicos-de-arquitectura-casa-de-vidrio-lina-bo-bardi} 

_{https://tim1faucom.files.wordpress.com/2017/03/1b-casa-walker-paul-rudolph.pdf} 

_{https://www.archdaily.mx/mx/02-309477/la-casa-desmontable-8x8-de-jean-prouve-se-podra-visitar-por-primera-vez-en-la-galerie-patrick-seguin} 

_{https://spa.architecturaldesignschool.com/ad-classics-malin-chemosphere-residence-47300?__cf_chl_jschl_tk__=15753c07c19563258f41ad422c0f778607f13774-1615276537-0-AemlfVE0HavkT1toA6W0UgUy1YAVYefxV0Y2AWRu9SUJUIVPHmBvx2dgWhV0rtgguAkG6OycgcgNikbQ9NGBMlU5z0M84Wr53hsuNyfqJ071M4vh72HoYkBIlKodmpGkKkKH_xxogSR49ZWOarw5uMQs547VLPB5YkaJ9X9ZMAsFvEFhkHoiv5aZ2qTnvTLK_Oj36KyJ2iBZIkYVC98zxxYprD4zC9GbcXlsDs6Ln53Gc_dCAFFaPFgWUL2knB1afx0iFTBsEsxU-SteQZXDPTPAp2fsPkGQDsEU7AsQWxIAKCrf6--o_xjKeQ10uJXkoB5UBypQ_dQ5PRo3CUt89NFCr_HSsOzjZulZ8BzJGTt3WsnkUun4gq4QGi0kqo1Eig} 

_{https://proyectos4etsa.wordpress.com/2012/05/08/vivienda-experimental-para-la-werkbund-exhibition-walter-gropius-stuttgart-1927/} 

_{https://talleraugustoalvarez.wordpress.com} 

_{http://www.scielo.org.mx/pdf/aiie/v30n93/v30n93a13.pdf} 

_{https://www.elsiglodetorreon.com.mx/noticia/1045962.attolini-lack.html} 

_{http://bitacora.arquitectura.unam.mx/casa-zapata-buendia-jose-maria-buendia/} 

_{https://www.archdaily.mx/mx/02-181251/perfil-de-arquitecto-juan-agustin-soza} 

_{https://arquitecturaviva.com/obras/casa-horizonte} 

_{https://www.metalocus.es/en/news/simple-a-prefab-house-jean-nouvel}  

 

 

En términos de construcción, el acero se ha hecho indispensable cuando se trata de concretar ideas arquitectónicas y obras civiles ambiciosas. Una de sus múltiples ventajas es que sus componentes estructurales son de fácil manejo no solo en taller y en el campo, sino que además son de fácil manejo en softwares que permiten gestionar y desarrollar proyectos de estructuras metálicas tan completos que incluso pueden ser modelos reales a escala.

 

Autodesk Revit es un software de modelado e información de construcción para arquitectos, arquitectos paisajistas, ingenieros estructurales, ingenieros, diseñadores y contratistas mecánicos, eléctricos y de plomería que permite desarrollar proyectos completos con mayor velocidad al dibujar y detallar.

 

 

Así bien, dentro de las herramientas que ofrece este software es posible realizar modelos en tres dimensiones, planos de plantas, cortes, detalles y todo lo necesario para un proyecto estructural. No solo con dimensiones reales sino con la posibilidad de modificarlo en tiempo real y coordinarlo con las disciplinas involucradas en la edificación a fin de obtener mejores resultados. Es posible modelar elementos estructurales tales como:

• Pilares estructurales
• Vigas
• Sistemas de vigas
• Armaduras estructurales
• Conexiones estructurales
• Modelado de acero detallado
• Vigas de celosía
• Muros estructurales
• Cimentación
• Acero de Refuerzo

Además, podemos colocar diferentes tipos de conexiones estructurales paramétricas estándar y crear rápidamente conexiones personalizadas y elementos de fabricación de acero cuando sea necesario.

Por otro lado, la plataforma BIM 360 DOCUMENT MANAGER (compatible con AutoCAD y Revit) también es un software de gestión de la construcción colaborativa que pertenece a la compañía Autodesk. Una plataforma en la nube que nos permite desarrollar un trabajo participativo para la entrega eficiente de proyectos en los sectores de la construcción, la ingeniería y la arquitectura.

Sin duda son tecnologías que hace algunos años eran impensables y que a los amantes de la industria de la construcción nos invitan a ir más allá del papel. Bien dicen los expertos en el tema que los softwares como Revit permiten “Construir un edificio 2 veces, para que la segunda nos salga mejor”.

 

Arq. Nadia Moreno Hernández

Chihuahua, Chih. Julio 2021