Per què els enginyers haurien de preferir l’estructura d’acer per a edificis d’ample clar

Relació resistència-pes inigualable per a un disseny eficient d'obertures llargues

Permeten interiors sense columnes i d'obertura lliure fins a més de 100 metres

L'avantatge de la relació resistència-pes de l'acer permet als enginyers construir espais oberts molt amplis, de més de 100 metres d'amplada, sense necessitar aquelles molestes columnes de suport entre mig. Això fa tota la diferència en llocs com hangars d'avió, grans sales de conferències i estadios esportius, on disposar d'una superfície oberta és absolutament necessària per a les operacions. Quan comparem l'acer amb el formigó armat, hi ha una diferència notable. El formigó simplement no té la mateixa resistència a la tracció, que normalment oscil·la entre 2 i 5 MPa, cosa que significa que necessita seccions molt més grans per suportar càrregues. Aquestes seccions més grans afegeixen pes addicional a l'edifici, arribant a incrementar la càrrega morta fins a un 150 %. L'acer estructural, en canvi, té propietats molt millors a la tracció, que varien entre 400 i més de 2000 MPa. Això confereix a les estructures d'acer una rigidesa superior i una deformació per flexió menor quan són sotmeses a les mateixes condicions de càrrega especificades en les normes ASCE 7.

Acer vs. formigó: anàlisi quantitativa per a llums < 60 metres (casos de càrrega conformes a ASCE 7)

Segons les normes de disseny ASCE 7 per a vanes superiors a 60 metres, l’acer supera sistemàticament el formigó en eficiència, facilitat de construcció i conformitat:

Com el formigó funciona millor quan està comprimit, necessita estructures de suport molt més pesades. Això augmenta el pes total dels edificis i complica el compliment dels requisits en relació als terratrèmols, les càrregues de vent i de neu. D’altra banda, l’acer ofereix una resistència superior respecte al seu pes. Això significa que els edificis poden tenir llums que siguin un 30 a un 50 % més llargs sense necessitar suports addicionals quan es fan front a condicions meteorològiques similars. Aquestes xifres provenen del Manual de construcció d’acer de l’AISC i s’utilitzen habitualment en projectes on es requereixen llums llargues, com ara ponts i grans edificis comercials.

Sinergia de costos: com la reducció de les necessitats de fonamentació, eines de fusta (andamis) i suports temporals compensa el cost premium del material

L'acer pot costar més per tona en comparació amb altres materials, però el que el fa mereixedor de consideració és la quantitat de diners que es pot estalviar durant tot el cicle de vida del projecte. En estructures grans que abasten distàncies importants, normalment es observa una reducció dels costos totals d'aproximadament un 15 a un 25 % quan s'utilitza acer en lloc d'altres materials. El seu pes més lleuger implica que les fonaments no necessiten excavacions tan profundes ni tanta quantitat de formigó, arribant a reduir aquests requisits fins a un 30-40 %. A més, com que la majoria de peces d'acer arriben ja fabricades prèviament fora de l'obra, es necessita menys andamiatge durant la instal·lació. També es poden muntar més ràpidament els elements, cosa que normalment redueix els terminis entre quatre i vuit setmanes. Això és especialment rellevant en projectes de més de cinquanta metres de longitud, ja que els mètodes tradicionals de formigó requereixen suports temporals cars durant la col·locació de les lloses. Segons dades recollides per organitzacions com l'American Iron and Steel Institute, aquest tipus d'estalvis s'acumulen significativament en diverses àrees, incloent-hi les obres de fonamentació, les despeses de mà d'obra i la gestió general de la construcció, tot mantenint alhora una bona integritat estructural.

Flexibilitat de disseny i llibertat arquitectònica amb estructura d'acer

L'acer desbloqueja una llibertat arquitectònica sense precedents, que permet teulades corbades extenses, voladissos que superen els 30 metres i formes asimètriques d'ample clar que romanen estructuralment sòlides i construïbles. La seva elevada relació resistència-pes elimina les columnes interiors, creant espais adaptables i lliures de columnes amb una amplada superior a 100 metres, ideals per a recintes que requereixen una reconfiguració funcional al llarg del temps.

Realització de geometries complexes: teulades corbades, voladissos llargs i formes asimètriques d'ample clar

La flexibilitat i les dimensions estables de l'acer permeten crear formes corbes complexes i irregulars que simplement no funcionarien amb un material rígid com el formigó. L'acer es pot conformar en tot tipus de formes i estructures orgàniques interessants que semblen desafiar les restriccions habituals de la construcció. Quan els enginyers optimitzen els sistemes de reticulats d'acer, poden aconseguir voladissos que sobresurten fins a tres vegades més enllà de la seva base de suport, cosa que redueix els requisits de fonamentació en aproximadament un 40 % en comparació amb altres mètodes constructius. Aquesta tècnica s'ha posat en pràctica en grans equipaments arreu del país. Mireu, per exemple, el nou estadi esportiu del centre de la ciutat o l'ampliació del terminal aeri de l'any passat. Aquests edificis suporten càrregues elevades mantenint alhora la seva impactant aparença visual gràcies a la manera com l'acer es doblega i distribueix el pes de forma controlada.

Compatibilitat amb sistemes integrats: traçat d'instal·lacions MEPC, revestiment modular i característiques passives de sostenibilitat

L'estructura d'acer prefabricada funciona molt bé amb els sistemes mecànics, elèctrics i de canonades. En lloc de fer passar cables i canonades per tot arreu, es poden integrar dins les cavitats estructurals mateixes del bastidor d'acer. Això accelera la instal·lació per als contractistes, alhora que manté l'edifici amb un aspecte net i professional. Per a l'exterior, els panells modulars de revestiment s'encaixen simplement sobre el bastidor d'acer subjacent. Això permet acabar l'envolupant exterior de l'edifici molt més ràpidament que no pas amb els mètodes tradicionals, i també deixa espai per a modificacions futures, si cal. A més, com que els components d'acer es fabriquen segons especificacions exactes, es genera menys residu durant la construcció. La qualitat uniforme de l'acer prefabricat també contribueix a mesures d'eficiència energètica, com ara una millor col·locació de l'aïllament i uns tancaments edificatoris més estancs, que redueixen progressivament la demanda de calefacció i refrigeració.

• Reducció del pont tèrmic mitjançant connectors d'interrompiment aïllats
• Facades de pantalla de pluja per a la ventilació natural
• Sistemes integrats de muntatge solar dissenyats dins de l'estructura principal

Aquestes sinergies contribueixen a reduccions de l'energia operativa de l'ordre del 15–30 % en instal·lacions d'ample elevat, segons les referències publicades pel Departament d'Energia dels Estats Units i l'Institut de Construcció en Acer.

Pla de construcció accelerat i lliurament previsible del projecte

La construcció d'acer redueix significativament els terminis dels projectes en comparació amb les tècniques més antigues, arribant a estalviar fins a un 30-50 % del temps total. El secret rau en els processos de treball paral·lels. Mentre les equips realitzen les fonaments al lloc real, els components d'acer es fabriquen amb precisió en altres llocs, en entorns de fàbrica controlats. El temps ja no és un problema que provoqui retards, les necessitats de mà d'obra a l'obra es redueixen aproximadament dos terços i hi ha molt menys necessitat de corregir errors gràcies a les connexions estàndard mitjançant cargols entre les peces. Amb els sistemes de fabricació assistida per ordinador ara habituals, les mesures romanen precises i els calendaris segueixen sent fiables la majoria de les vegades, normalment amb una variació d’aproximadament un 5 %. Quan es tracta d’edificis d’obertures grans, on és fonamental fer entrar els ocupants el més aviat possible per obtenir rendiments sobre la inversió realitzada, aquests terminis previsibles es converteixen realment en estalvis econòmics. L’experiència demostra que cada mes guanyat equival aproximadament a un 4-7 % menys en despeses financeres, despeses generals i allò que anomenem costos de manteniment durant la construcció. I no oblidem les entregues just al moment adequat (just-in-sequence), que mantenen tot el procés en marxa de forma fluida entre els diferents equips especialitzats, evitant aquells blocatges frustrants que poden aturar el progrés durant tot el procés constructiu.

Resistència demostrada i rendiment a llarg termini de l'estructura d'acer sota càrregues extremes

El rendiment sísmic, davant del vent i de la neu ha estat validat mitjançant estudis de cas de l'AISC i les normes ASCE 7

Les estructures d'acer realment resisteixen molt bé les condicions meteorològiques severes i altres forces extremes, cosa que s'ha demostrat tant en el comportament real dels edificis com mitjançant protocols rigorosos d'assaig. Segons informes de l'American Institute of Steel Construction, determinats tipus de bastiments d'acer poden arribar a absorbir fins a un 30 % més d'energia durant terratrèmols en comparació amb construccions de formigó similars. Pel que fa a la resistència al vent, els edificis que segueixen les directrius ASCE 7-22 i disposen d'un suport lateral adequat poden suportar vents típics d'huracans de categoria 4, és a dir, velocitats superiors a 130 milles per hora. I per a les zones on és habitual la neu pesada, els components d'acer fabricats amb materials més resistents ajuden a evitar que els sostres es deformin massa, fins i tot quan l'acumulació de neu supera les 50 lliures per peu quadrat. Aquest tipus de rendiment fiable es deu al fet que l'acer té propietats uniformes en tot el seu volum, es comporta de manera previsible sota esforç i les connexions entre les seves parts segueixen pràctiques estàndard de disseny acceptades a tota la indústria.

Mitigació de la corrosió, muntatges resistents al foc i una vida útil superior als 50 anys amb mínim manteniment

Les estructures d'acer protegides amb sistemes moderns poden durar molt més de 50 anys, fins i tot quan estan exposades a condicions severes a prop d'instal·lacions industrials o al llarg de les costes, on l'aire salat corroïx els materials. Preneu, per exemple, la galvanització per immersió en calent, que ofereix una protecció contra la rovellada d'uns 75 anys o més en la majoria de situacions. També funcionen molt bé els recobriments intumescents: compleixen les normes ASTM E119 per a la resistència al foc durant dues hores, tot mantenint intacte el disseny de l'edifici. En quant al manteniment, aquestes estructures destaquen especialment. La majoria de propietaris només necessiten inspeccionar-les un cop cada cinc anys aproximadament, cosa que redueix els costos globals uns 40 % en comparació amb els edificis de formigó, que requereixen atenció contínua. I com que l'acer no és un material orgànic, no hi ha cap risc que les termites hi penetren ni que es produeixi podrida de la fusta per danys causats per l'aigua. Això fa de l'acer una opció excepcionalment duradora que continua oferint un bon valor any rere any.