Edificio Empire StateGrupo 4

Gregorio ZamoraPablo MarcetJuan Gutierrez

Rodrigo SandovalAndré López

Por que construir edificios altos? – La principal razón es para aprovechar al máximo la tierra. En ciudades

como Nueva York, donde mucha gente trabaja y vive, la tierra es limitada lo cual implica que su precio es alto. Para poder ser rentable es necesario construir hacia arriba, mientras mas alto es el edificio mas rentabilidad podrá obtener el inversionista por rentas y ventas de las unidades.

– La segunda razón es para mostrar poder y éxito. El Empire State fue el resultado de una carrera entre las firmas General Motors y Chrysler, para mostrar quien era mas grande, se construyo la torre Chrysler y el Empire Estate en una carrera para ver cual era el mas alto, y por lo tanto cual era el mas poderoso.

“Un rascacielos es una maquina que hace que la tierra se pague”

Datos interesantes…• El edificio fue construido durante la gran depresión, en el año 1930-1931.

Algunos dicen que este es el edificio que “nunca debió existir” debido a la crisis económica de la época.

• El edificio se construyo en tiempo record, alrededor de 4 pisos por semana.

• La estructura principal se termino en 11 meses, y para 1931 fue terminado por completo todo el interior y el exterior.

• Durante 40 años fue el edificio mas alto del mundo hasta 1977 cuando el World Trade Center fue terminado.

• Para que no se perdiera mucho tiempo en la pausa de comida, se colocaron cantinas en los pisos 24, 47 y 64, lo que ahorraba el tiempo necesario para llegar abajo.

• Altura de Techo: 381 metros, Altura de Antena: 443.50 metros.• El edificio tiene 102 pisos y cinco entradas que nos permiten llegar hasta

el hall central, siendo una de las más conocidas la que da a la Quinta Avenida.

Datos Curiosos• En 1945 un bombardero B-25 Mitchell

chocó contra el edificio , entre los pisos 79 y 80 , matando a 14 personas .A pesar de los daños el edificio reabrió a los dos días.

• Los rumores sobre su construcción hablan de cientos de personas que perdieron la vida; sin embargo los datos sólo indican 5 personas.

• El Empire State Building batió la marca de rapidez de construcción, con cuatro pisos por semanas.

• Increíblemente, costó menos de lo previsto (41 millones de dólares en vez de 50).

Materiales• 254,000 m2• 10 millones de ladrillos• 200.000 pies cúbicos de piedra• 3.000 obreros• 410 días para su construcción• 41 millones de dólares de costo• 6.500 ventanas en todo el edificio• 120 km de tubería• Se utilizaron 60.000 toneladas de acero para la estructura. Peso total

365,000 toneladas. • 40 millones de kw/hora de energía consumida. Hay 73 elevadores y 6

montacargas, uno puede subir desde el vestíbulo al piso 80 en 45 segs. • 2.000 km de cables telefónicos

Estructura• Uno de los retos en el diseño

del edificio Empire State fue asegurarse de que podría resistir las cargas del viento.

• El edificio está soportado por 210 columnas de acero y hormigón, 12 de los cuales van desde la base hasta la cima.

• Se dijo que tomaría un viento que sopla a la presión 4.500.000 libras a golpear el edificio terminado.

Estructura• La estructura es el sistema encargado de transmitir todas las

acciones de peso propio, utilización y accidentales desde las distintas partes de la construcción hasta la cimentación, asegurando adecuadamente, los tres aspectos básicos de la misma, que son:

a.- Resistencia, b.- Rigidez, c.-Estabilidad• Entendemos por Resistencia, la mayor o menor capacidad de

una estructura para oponerse a la rotura. La Rigidez representa la mayor o menor capacidad de dicha estructura para oponerse a la deformación; en tanto que la Estabilidad define la capacidad de esta, para mantener su condición original de equilibrio.

• El reemplazo de la mampostería por el acero ayudo a impulsar la construcción hacia arriba, ya que el acero es 150 veces mas resistente, ocupa menos espacio (optimiza la rentabilidad de la estructura al tener mas metraje para rentar, y menor peso (lo cual implica una menor cimentación).

Estructura• Frente a cargas horizontales (sismo o viento), las estructuras agotan su

rigidez mucho antes que su resistencia. en principio un buen diseño nos sugeriría alcanzar los limites de deformación y resistencia casi simultáneamente.

• Lo que corresponde entonces es dimensionar por rigidez, esto es, incrementar las dimensiones de la pieza a fin de lograr menor deformación. no obstante, aunque este criterio es científicamente correcto, el dimensionamiento de miembros por rigidez, conduce invariablemente a un dramático incremento del costo de la estructura, al punto que nos habla de una inadecuada distribución de la masa estructural.

Los rascacielos de 1º generación• Con un sistema constructivo adecuado en mano, y una creciente demanda

de oficinas en las inmediaciones de los distritos financieros, rápidamente se desarrolló la industria que en muy poco tiempo entró en la carrera por el techo del mundo.

• Se desarrollan muchos edificios de 20 pisos y más.• Por encima de los 20 pisos, se comienza a necesitar restringir la

deformación horizontal del pórtico y aparecen como soluciones el pórtico rígido, el enmarcado de pórtico con mampostería y la pantalla de mampostería. Así se logra mantener en los límites de deformación gracias a una adecuada combinación de dichos elementos y aparecen los llamados Rascacielos de Primera Generación.

• El Empire State entra en esta categoría, con una estructura de marcos de acero, los cuales son muy flexibles, y para rigidizarlos se utilizan los muros de mampostería, los cuales son muros de corte.

Explicación del sistema de marcos o pórticos

• Pórticos: La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial si se desarrolla una unión rígida entre éste y los pilares resistentes a la flexión. Esta nueva estructura, el pórtico rígido simple o de una nave, se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales.

• Bajo la acción de cargas verticales, los tres elementos de un pórtico simple (losa, viga y columna) se hallan sometidos a esfuerzos de compresión y flexión. Con las proporciones usuales de vigas y columnas, la compresión predomina en las columnas y la flexión en las vigas. Las columnas son relativamente esbeltas y la viga relativamente alta.

• El rascacielos es una de las grandes conquistas del moderno diseño estructural, posibilitado por el pórtico de plantas múltiples y por la elevada resistencia del acero y el hormigón.

• Elementos: Los sistemas de pilares y dintel pueden construirse uno sobre otro para levantar edificios de muchos pisos. En este caso, los dinteles apoyan en pilares verticales o en paredes de piedra o mampostería, de altura igual ala del edificio.

• Las vigas figuran entre los elementos estructurales de uso más común. Como la mayor parte de las cargas son verticales y la mayoría de las superficies utilizables son horizontales, las vigas se usan abundantemente para transmitir en dirección horizontal cargas verticales, por lo tanto, su mecanismo implica una combinación de flexión y corte.

El contratiempo que tiene este sistema estructural es que es necesario distribuir de manera uniforme en la planta de la estructura el mayor numero posible de elementos rígidos, con ello se limita el espacio disponible para uso, lo cual se refleja en menor área para rentar o para vender.

El Empire State utiliza un sistema estructural combinado, este consta de dos estructuras.

La primera es el cajón externo que funciona como fachada, esta estructura es la encargada de soportar las cargas horizontales.

La segunda es el sistema interno de pórtico o marcos de acero (vigas, columnas y losas) la cual es la encargada de soportar las cargas verticales y transmitirlas a la cimentación.

Características relevantes del edificio para el comportamiento sísmico

• Peso: las fuerzas inerciales son proporcionales a la masa y en consecuencia al peso del edificio. Por eso debe procurarse que este sea lo mas ligero posible. Las aceleraciones introducidas en el edificio crecen con la altura, por lo que es necesario evitar masas excesivas en las partes altas del edificio. Es por esta razón que en la parte baja, el diseño debe contemplar el mayor peso (bóvedas, archivos, etc) y evitar pesos excesivos en la parte alta, así como distribuir simétricamente el peso en cada piso.

• En el caso del Empire State, el diseño si cumple con este principio, ya que el mismo diseño tipo lápiz, se va haciendo mas pequeño, lo cual también hace que el edificio tenga el peso bien distribuido y el efecto péndulo este controlado.

Características relevantes del edificio para el comportamiento sísmico

• Forma del Edificio en planta: algunos aspectos de la forma en planta del edificio propician una respuesta sísmica poco conveniente y deben evitarse. Entre estos aspectos, lo principal es la asimetría ya que esta genera vibraciones torsionales del edificio. El Empire State tiene una sección de planta simétrica, lo cual indica que este aspecto de diseño estructural también es satisfactorio.

Características relevantes del edificio para el comportamiento sísmico

• Forma del Edificio en elevacion: La sencillez, regularidad y simetría son deseables también en la elevación del edificio para evitar que se produzcan concentraciones de esfuerzos en cierto pisos o amplificaciones de la vibración en las partes superior del edificio.

• Se debe evitar reducciones bruscas en el tamaño de la planta de los pisos superiores., para evitar lo ya mencionado sobre concentraciones de esfuerzos y vibraciones. Las reducciones bruscas en la parte superior del edificio son criticas ya que el cambio drástico de rigidez tienen a producir el fenómeno de chicoteo con una gran amplificación de vibración en la parte alta.

• El Empire State también pasa satisfactoriamente este factor de diseño estructural sísmico, ya que la reducción es gradual de piso a piso.

Características relevantes del edificio para el comportamiento sísmico

• Separación entre edificios adyacentes: al ubicar la posición exacta del edificio dentro del terreno, es importante guardar una separación que sea suficiente con respecto a edificios adyacentes.

• Esto se hace para evitar que los distintos cuerpos se golpeen al vibrar fuera de fase durante un sismo. El daño puede ser mayor, cuando los pisos de los edificios adyacentes no coinciden en las mismas alturas, de manera que durante la vibración las losas de piso de un edificio pueden golpear a media altura las columnas del otro provocando un daño inminente.

• El Empire State no tiene este problema ya que no tiene edificios a los lados. De tenerlos, las soluciones que se pueden dar en estos casos son rigidizar los edificios para limitar sus movimientos laterales, unirlos para que vibren en fase o colocar amortiguadores de impacto entre ellos.

Gracias por su atención.