En ingeniería estructural , el tubo es un sistema mediante el cual, para resistir cargas laterales (viento, sísmicas, impacto), se diseña un edificio para que actúe como un cilindro hueco, en voladizo perpendicular al suelo. Este sistema fue introducido por Fazlur Rahman Khan mientras trabajaba en el estudio de arquitectura Skidmore, Owings & Merrill (SOM), en su oficina de Chicago. [1] El primer ejemplo del uso del tubo es el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut de 43 pisos diseñado por Khan, desde entonces rebautizado como Plaza en DeWitt , en Chicago , Illinois , terminado en 1966. [2]
El sistema se puede construir con acero , hormigón o construcción compuesta (el uso discreto de acero y hormigón). Se puede utilizar para edificios de oficinas , apartamentos y de uso mixto . La mayoría de los edificios de más de 40 pisos construidos desde la década de 1960 son de este tipo estructural.
El concepto del sistema de tubos se basa en la idea de que se puede diseñar un edificio para resistir cargas laterales diseñándolo como un voladizo hueco perpendicular al suelo. En la encarnación más simple del tubo, el perímetro del exterior consta de columnas muy espaciadas que están unidas con vigas enjutas profundas a través de conexiones de momento. Este conjunto de columnas y vigas forma un marco rígido que equivale a un muro estructural denso y fuerte a lo largo del exterior del edificio. [3]
Este marco exterior está diseñado lo suficientemente fuerte como para resistir todas las cargas laterales en el edificio, permitiendo así que el interior del edificio se enmarque simplemente para cargas de gravedad. Las columnas interiores son comparativamente pocas y están ubicadas en el centro. La distancia entre el exterior y los marcos centrales se salva con vigas o cerchas y puede estar libre de columnas. Esto maximiza la efectividad del tubo perimetral al transferirle algunas de las cargas de gravedad dentro de la estructura y aumenta su capacidad para resistir el vuelco a través de cargas laterales.
En 1963, había aparecido un nuevo sistema estructural de tubos enmarcados en el diseño y construcción de rascacielos . Fazlur Rahman Khan , un ingeniero estructural de Bangladesh (entonces llamado Pakistán Oriental ) que trabajó en Skidmore, Owings & Merrill , definió la estructura de tubos enmarcados como "una estructura espacial tridimensional compuesta de tres, cuatro o posiblemente más marcos, marcos arriostrados, o muros de corte, unidos en o cerca de sus bordes para formar un sistema estructural vertical en forma de tubo capaz de resistir fuerzas laterales en cualquier dirección al elevarse en voladizo desde los cimientos. [4] Columnas exteriores interconectadas muy espaciadas forman el tubo. Las cargas laterales u horizontales (viento, sísmicas, impactos) son soportadas por la estructura en su conjunto. Aproximadamente la mitad de la superficie exterior está disponible para ventanas. Los tubos enmarcados requieren menos columnas interiores y, por lo tanto, permiten más espacio utilizable en el piso. Cuando se necesitan aberturas más grandes, como puertas de garaje, se debe interrumpir el marco del tubo y utilizar vigas de transferencia para mantener la integridad estructural.
El concepto del tubo de Khan se inspiró en su ciudad natal en Dhaka , Bangladesh. Su ciudad natal no tenía edificios de más de tres pisos. Tampoco vio su primer rascacielos en persona hasta los 21 años, y no había entrado en un edificio de mediana altura hasta que se mudó a los Estados Unidos para realizar estudios de posgrado. A pesar de esto, el entorno de su ciudad natal en Dhaka influyó más tarde en su concepto de construcción de tubos, que se inspiró en el bambú que brotaba alrededor de Dhaka. Descubrió que un tubo hueco, como el bambú de Dhaka, proporcionaba durabilidad vertical a los edificios de gran altura. [5]
El primer edificio en aplicar la construcción con estructura de tubos fue el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut que diseñó Khan y que se terminó en Chicago en 1963. [6] Esto sentó las bases para el diseño estructural de tubos de muchos rascacielos posteriores, incluido el suyo propio John Hancock Center y Sears Tower , y la construcción del World Trade Center , las Torres Petronas , el edificio Jin Mao y la mayoría de los demás rascacielos altos desde la década de 1960, incluido el edificio más alto del mundo a partir de 2020 [actualizar], el Burj Khalifa . [7]
Desde su concepción, el tubo ha sido variado para adaptarse a diferentes necesidades estructurales.
Esta es la encarnación más simple del tubo. Puede aparecer en una variedad de formas de planos de planta, incluidas cuadradas, rectangulares, circulares y de forma libre. Este diseño se utilizó por primera vez en el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut de Chicago, diseñado por Khan y terminado en 1965, pero los ejemplos más notables son el Aon Center y las torres originales del World Trade Center .
El tubo arriostrado, también denominado tubo arriostrado , es similar al tubo simple pero con comparativamente menos columnas exteriores y más espaciadas. Se introducen refuerzos de acero o muros de corte de hormigón a lo largo de los muros exteriores para compensar la menor cantidad de columnas uniéndolas entre sí. Los ejemplos más notables que incorporan refuerzos de acero son el Centro John Hancock , el Centro Citigroup y la Torre del Banco de China .
Estas estructuras tienen un tubo central dentro de la estructura, que sostiene el ascensor y otros servicios, y otro tubo alrededor del exterior. La mayor parte de las cargas laterales y de gravedad normalmente las soporta el tubo exterior debido a su mayor resistencia. El edificio de oficinas con estructura de concreto de 50 pisos 780 Third Avenue en Manhattan utiliza muros de corte de concreto como refuerzo y un núcleo descentrado para permitir interiores sin columnas. [8]
En lugar de un tubo, un edificio consta de varios tubos unidos para resistir fuerzas laterales. Dichos edificios tienen columnas interiores a lo largo de los perímetros de los tubos cuando caen dentro de la envolvente del edificio. Ejemplos notables incluyen la Torre Willis , One Magnificent Mile y la Torre Newport .
Además de ser eficiente estructural y económicamente, el haz de tubos era "innovador en su potencial para la formulación versátil del espacio arquitectónico. Las torres eficientes ya no tenían que ser como cajas; las unidades de tubos podían adoptar varias formas y podían agruparse en diferentes tipos de agrupaciones." [9] La estructura de tubos agrupados significó que "[los edificios] podrían convertirse en esculturas". [10]
Los híbridos incluyen una categoría variada de estructuras donde se utiliza el concepto básico de tubo y se complementa con otros soportes estructurales. Este método se utiliza cuando un edificio es tan delgado que un sistema no puede proporcionar la resistencia o rigidez adecuadas.
Los últimos edificios importantes diseñados por Khan fueron One Magnificent Mile y Onterie Center en Chicago, que emplearon sus diseños de sistemas de tubos agrupados y de tubos armados, respectivamente. A diferencia de sus edificios anteriores, que eran principalmente de acero, sus dos últimos edificios eran de hormigón. Su anterior edificio DeWitt-Chestnut Apartments , construido en 1963 en Chicago, también era un edificio de hormigón con estructura de tubos. [7] La Torre Trump en la ciudad de Nueva York es también otro ejemplo que adaptó este sistema. [11]
Algunas torres de celosía tienen elementos tubulares de acero, como el mástil de radio arriostrado de Varsovia o las torres independientes de 3803 KM .
