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Piedra postensada

Southwark Gateway Needle, una estructura de piedra postensada.

La piedra postensada es un material de construcción compuesto de altas prestaciones: piedra mantenida comprimida con elementos tensores. Los elementos de tensión se pueden conectar al exterior de la piedra, pero lo más habitual es que utilicen tendones roscados internamente a través de un conducto formado a partir de orificios perforados alineados.

La piedra postensada ("piedra PT") podría consistir en una sola pieza, pero las limitaciones de perforación y otras consideraciones significan que generalmente es un conjunto de múltiples componentes con mortero entre las piezas. La piedra PT se ha utilizado tanto en columnas verticales (postes) como en vigas horizontales (dinteles). También se ha utilizado en aplicaciones de ingeniería de mampostería más inusuales : estabilización de arcos, puentes peatonales flexibles y esculturas en voladizo.

Un método estrechamente relacionado es la piedra pretensada . [1] Se perfora un conducto en la piedra y se utiliza para albergar una varilla de acero mantenida en tensión con gatos mientras el conducto se llena con lechada epoxi. Una vez que el epoxi se haya endurecido, los extremos de la varilla se pueden soltar de los gatos, comprimiendo la piedra. Al igual que en el hormigón pretensado , los métodos pretensado y postensado se pueden utilizar en diferentes contextos.

La piedra postensada también tiene una estrecha relación con la piedra maciza precortada , que es la técnica central de la cantería de carga moderna .

Razón fundamental

Pabellón del Futuro, Expo'92 de Sevilla: primer edificio nuevo terminado con piedra postensada.

"La piedra postensada aumenta la carga de falla de la piedra en flexión, pero también la rigidez de una estructura al reducir el agrietamiento de las juntas. Este método de construcción se usa ampliamente para estructuras de concreto, pero las ventajas de usar técnicas similares con piedra apenas se están empezando a descubrir. comprendió.". [2]

La piedra tiene una gran resistencia a la compresión, por lo que es ideal en estructuras compresivas como arcos de piedra . [3] Sin embargo, tiene una resistencia a la flexión relativamente débil (en comparación con el acero o la madera), por lo que de forma aislada no se puede utilizar de forma segura en tramos amplios bajo tensión. [3]

Para el concreto, este problema se resolvió hace mucho tiempo: además del refuerzo de tracción convencional, los ingenieros desarrollaron métodos de concreto pretensado a partir de 1888. Estas aplicaciones de concreto reforzado por tracción combinan resistencia a la compresión con compresión por tracción pretensada para obtener una resistencia combinada mucho mayor que cualquiera de las dos. componentes individuales y se han utilizado ampliamente durante décadas. Uno de los primeros ingenieros del hormigón, Eugène Freyssinet, mejoró los métodos de pretensado del hormigón y se afirma que también aplicó métodos de hormigón postensado a la piedra. [4] En cuanto al hormigón, el postensado mantiene la piedra comprimida, aumentando así su resistencia.

El postensado se consigue mediante tendones de acero roscados a través de conductos dentro de los elementos de piedra o a lo largo de su superficie. Una vez colocados los componentes de piedra, los tendones se tensan mediante gatos hidráulicos y la fuerza se transfiere a la piedra a través de anclajes ubicados en los extremos de los tendones. El proceso de tensado imparte una fuerza de compresión a la piedra, lo que mejora su capacidad para resistir tensiones de tracción que de otro modo podrían provocar grietas o fallas.

Uso de energía y emisiones de carbono.

La piedra es "hormigón prefabricado natural", por lo que sólo es necesario cortarla (y probar su resistencia) y postensarla antes de usarla en la construcción. En comparación con el hormigón y el acero, la producción de piedra postensada tiene costos energéticos dramáticamente más bajos, con las consiguientes menores emisiones de carbono. [5]

Aplicaciones

La torre del reloj de piedra de la Oficina General de Correos de Sydney está reforzada con postensado.

La piedra postensada tiene potencial para reemplazar al hormigón armado con acero en algunos contextos, ya que, según el ingeniero estructural Steve Webb, "una viga de piedra postensada es tan fuerte como el acero". [6] "El postensado ofrece un nuevo potencial para la renacimiento de la mampostería como material estructural". [7] La ​​piedra postensada tiene el potencial de usarse junto con piedra masiva precortada en una variedad de diseños.

En 2020, la piedra postensada ocupó un lugar destacado en la exposición "La Nueva Edad de Piedra" en The Building Center . [8]

El arquitecto James Simpson escribe: "El término 'madera reconstituida' ya se utiliza comúnmente en la construcción, así que ¿por qué no una 'piedra reconstituida' estructural?... La posibilidad más interesante para la industria de la piedra... es la posible creación de un sistema de piedra artificial para estructuras enmarcadas o parcialmente enmarcadas. Esto aprovecharía la resistencia a la compresión de la piedra, que puede ser mayor que la del hormigón, combinado con postensado con varillas de acero inoxidable. Se podrían utilizar paredes, columnas, vigas y losas. hecho de pequeños trozos de piedra aserrada en fábrica, cortada y previamente perforada según un diseño de componentes estándar". [9]

Beneficios

Beneficios estructurales

La construcción de la Sagrada Familia utiliza paneles de piedra postensada.

En comparación con el hormigón armado, la piedra postensada tiene al menos cuatro ventajas. [7] [3]

  1. Reducción del uso de materiales. Al mejorar el rendimiento estructural de la piedra, el postensado permite el uso de losas o muros de piedra más delgados, lo que reduce los requisitos generales de material y los costos asociados.
  2. Esbeltez. Vigas menos voluminosas, debido a la mayor resistencia de la piedra PT en comparación con el hormigón PT. [3]
  3. Durabilidad que ofrece la piedra resistente a las condiciones climáticas. Esto reduce los costos de mantenimiento.
  4. Estética. En lugar de revestir el hormigón con piedra, la piedra portante tiene la apariencia de piedra.
  5. Carbono incrustado reducido. La piedra postensada provoca la emisión de <1/3 de dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, en comparación con el hormigón. [3] [10]
  6. Opciones de diseño ampliadas. El postensado proporciona opciones de diseño adicionales, lo que permite a arquitectos, ingenieros y escultores crear estructuras más innovadoras y complejas que serían difíciles de lograr con los métodos tradicionales de construcción con piedra.
  7. Resiliencia sísmica. En comparación con la piedra convencional, las estructuras de piedra PT pueden tener un rendimiento sísmico mejorado, ya que las fuerzas de compresión podrían ayudar a mantener la integridad de la estructura durante el movimiento del suelo. En algunos casos, esto podría compensarse con la resistencia de los componentes deslizantes de piedra.
  8. Costo más bajo. Un estudio realizado en un bloque de oficinas de 30 plantas descubrió que utilizar paneles de suelo de piedra PT era más barato que suelos de hormigón. [5]

Ventajas operativas

En comparación con la mampostería de piedra convencional, la piedra postensada tiene importantes ventajas estructurales y de peso. [11] Además, en comparación con la mampostería de piedra estándar, el premontaje de piedra postensada tiene al menos tres ventajas operativas [12]

  1. El premontaje de las piezas se puede realizar a nivel del suelo, reduciendo costes y mejorando la seguridad.
  2. Revisión más sencilla del montaje, incluyendo pruebas de resistencia e impermeabilización del mortero.
  3. Es más fácil programar las tareas, ya que los conjuntos de piedra prefabricados postensados ​​se pueden almacenar antes de su uso.

Desafíos que enfrenta la adopción

Casa Portcullis , Westminster, Reino Unido
A la derecha: 30 Finsbury Square, un edificio de piedra postensado en Londres.

La adopción generalizada de piedra postensada enfrenta actualmente una serie de desafíos, que incluyen:

  1. Afiliación cultural de la piedra de carga con la arquitectura antigua y de baja tecnología.
  2. Confusión con el uso de piedra cosmética en construcciones de lujo de alta gama y percepción de alto coste.
  3. Conocimiento limitado entre la mayoría de los ingenieros estructurales, más allá de firmas de élite como Arup Group , Buro Happold y Webb Yates. La formación en ingeniería estructural no incluye la piedra. Esto está cambiando con una mayor atención por parte de la Institución de Ingenieros Estructurales [2]
  4. La ausencia de estándares internacionales para la ingeniería con piedra.
  5. Falta de canteros con conocimiento de los métodos de piedra PT.
  6. Ausencia de una industria a gran escala de piedra PT prefabricada.
  7. Por analogía con los prefabricados de hormigón, faltan componentes modulares de piedra PT fabricados.
  8. "El alto costo de algunos de los primeros proyectos de piedra postensada de alto perfil, en particular la Casa Portcullis" .
  9. Escasez de canteras de piedra dimensional que realicen pruebas de resistencia de rutina y puedan otorgar certificados de resistencia para sus componentes de piedra.
  10. La necesidad de desarrollar mejores software y hardware CAD-CAM para el corte automatizado de piedra CNC de formas precisas.

A principios de la década de 2020, la industria de la piedra dimensionada en la mayoría de los países estaba estructurada casi en su totalidad para baldosas y revestimientos.

Historia

La piedra postensada se ha utilizado en diversas aplicaciones. Después de su uso experimental en la década de 1990, su aplicación aumentó a principios de la década de 2020, en parte debido a la conciencia de las altas emisiones de carbono asociadas con el hormigón.

En Japón, Suiza, Alemania y España se han construido pasarelas de piedra postensadas con luces de hasta 40 m, y Kusser Granitwerke las vende comercialmente en luces de hasta 20 m.

Albañilería de ladrillo y hormigón PT

Mientras que la piedra postensada solo se ha utilizado en aplicaciones de construcción desde la década de 1990, la mampostería postensada en general se remonta al menos a principios del siglo XIX: "En 1825 se utilizó en Inglaterra un método de postensado para construir túneles bajo el río Támesis. El proyecto implicó la construcción de cajones de tubos verticales de 15 m de diámetro y 21 m de altura. Los muros de ladrillo de 0,75 m de espesor fueron reforzados y postensados ​​con varillas de hierro forjado de 25 mm de diámetro. [13] A mediados del siglo XX, las estructuras de la Ópera de Sydney se construyeron a partir de vigas de mampostería de hormigón prefabricadas que se ensamblaron en los techos mediante postensado. En 1982, la mampostería postensada estaba lo suficientemente extendida como para llenar un libro publicado por la Institución de Ingenieros Civiles , aunque se trataba de mampostería de ladrillo y hormigón prefabricado. [14] En 1985 y 1986, el ingeniero estructural Remo Pedreschi y otros publicaron estudios sobre ladrillos postensados. [15]

siglo 20

Puente Inachus de piedra PT en Beppu, Ōita, Kyushu
Enormes arcos de piedra PT en el Santuario de San Pío de Pietrelcina en San Giovanni Rotondo, Foggia, Italia
Puente de piedra PT Punt da Suransuns, Suiza
  1. En 1947, los Compagnons du Devoir probaron el concepto de piedra postensada y descubrieron que una luz de 8 m podía soportar una carga de 7 t. [dieciséis]
  2. En los años 80, Kluesner Engineering desarrolló paneles de piedra postensados. [17]

    "Las ventajas de la piedra postensada son muy parecidas a las del hormigón. Permite que la piedra soporte cargas mayores en tramos más largos de lo que sería posible con las unidades convencionales. Las unidades de piedra se pueden fabricar en planta en unidades mucho más grandes para abarcar una columna a otra. En el edificio, los sistemas de ventanas se pueden colocar directamente sobre los paneles de piedra, eliminando así un sistema de soporte de ventana separado... Algunas aplicaciones estructurales se han construido utilizando vigas para elementos del edificio como pórticos, donde las cargas vivas se han limitado a las cargas del techo. y cargas de viento". [17]

  3. En la década de 1980, Rock of Ages Corporation desarrolló rodillos prensadores de granito Accu-Tensioned para su uso en la industria del papel. Una columna de granito fue torneada y luego perforada a lo largo de su longitud, antes de colocar y tensar varillas de acero.
  4. En la década de 1980, la Oficina General de Correos de Sydney se sometió a una restauración que utilizó refuerzo mediante postensado de la torre del reloj de arenisca. Como resultado del refuerzo, Sydney GPO podría convertirse en el primer edificio de piedra postensado.

    "Un edificio de mampostería de arenisca de más de cien años de antigüedad... la Torre GPO se reforzará con cuatro tendones de postensado verticales, 19 cordones de 0,5" de diámetro cada uno, y varias barras de pretensado horizontales de 35 mm de diámetro a nivel del piso. ... Se utilizarán sillas de acero especiales para anclar los tendones y distribuir las fuerzas de anclaje de 1.771 kN (400 kips). Los anclajes de los tendones no adheridos permiten monitorear y ajustar las fuerzas de los tendones para compensar los cambios de volumen de la arenisca, si es necesario." [13]

  5. El primer uso documentado de piedra postensada en el mundo real en un edificio nuevo fue para el Pabellón del Futuro, construido en Sevilla para la Exposición Universal de 1992, diseñado por el legendario ingeniero estructural Peter Rice de Ove Arup and Partners . [7] Rice había trabajado en la Ópera de Sydney , lo que supuso un avance técnico importante en parte debido al uso de vigas de mampostería de hormigón prefabricadas que se ensamblaron en la superestructura del techo mediante postensado; Este uso anterior de mampostería postensada puede haber contribuido al uso de piedra postensada por parte de Rice décadas después.
  6. Diseñados y construidos entre 1991 y 2004, los arcos de un Santuario de San Pío de Pietrelcina de 6000 metros cuadrados por el arquitecto Renzo Piano y la ingeniería estructural dirigida por Maurizio Milan de Favero & Milan Engineers [18] y Arup Group . [19]
  7. Construida en 1994, la pasarela Inachus de 34 m de luz en Oita , Japón, utiliza piedra postensada, diseñada por el ingeniero Mamoru Kawaguchi. [7] "El puente tiene forma lenticular con una cuerda superior arqueada y una cuerda inferior suspendida, conectadas entre sí mediante miembros de alma que consisten en tubos de acero dispuestos para formar pirámides invertidas".
  8. Terminado en 1995, [20] Queen's Building en Emmanuel College, Cambridge [7] por Hopkins Architects y Buro Happold [4] con Ove Arup and Partners . [21] "Las columnas también se utilizaron para proporcionar estabilidad lateral al edificio y fueron postensadas utilizando varillas de acero inoxidable unidas directamente a los cimientos". [22]
  9. Terminada en 1999, Punt da Suransuns en Suiza, una pasarela de 40 m [23] diseñada por el ingeniero civil Jürg Conzett .

    "Punt da Suransuns es un puente de cinta tensada con una luz de 40 m... construido con losas de granito Andeer, que están pretensadas sobre barras de acero rectangulares... Al atravesar el puente se puede sentir la oscilación vertical, pero los peatones han comentado que el puente No es tan flexible como parece." [24]

  10. Erigida en 1999, Southwark Gateway Needle de Eric Parry está hecha de 25 bloques de piedra de Portland sostenidos a 16 m de altura mediante postensado. [25] [22] [26]
Queen's Building en Emmanuel College, Cambridge fue el primer edificio terminado que utilizó piedra postensada internamente.

2000

  1. Terminada en 2001, Portcullis House , un edificio del Parlamento del Reino Unido, diseñado por Hopkins Architects . [4] Este edificio representó un revés para la piedra PT, ya que el edificio en general era costoso.
  2. Terminado en 2002, 30 Finsbury Square fue completado por Eric Parry Architects [27] [28] y los ingenieros de Whitbybird. "Las columnas se construyeron de manera convencional y se dejaron reposar durante 7 días antes del postensado". [22]
  3. En 2004, Kusser Graniteworks construyó mástiles de banderas de granito y diorita postensados. [29]
  4. En 2005 se realizó un prototipo de la primera escalera de caracol de piedra postensada; llamado "Escalier Ridolfi" fue diseñado por Claudio D'Amato y Giuseppe Fallacara. [30] En 2006, la escalera Escalier Ridolfi a escala real se presentó en la Bienal de Arquitectura de Venecia , construida por los canteros de Ateliers Romeo [31]
  5. En 2007, Kusser Granitwerke construyó su primera pasarela de piedra tensada en Rosenheim . [32]
  6. Terminado en 2009, un edificio en Southampton Row , [4] diseñado por los arquitectos Sheppard Robson , utilizó piedra postensada.

década de 2010

  1. A partir de 2011, se construyeron escaleras de piedra de alta resistencia galardonadas para residencias de lujo gracias a una colaboración entre el cantero Pierre Bidaud y el ingeniero estructural Steve Webb, [33] [16] [34]
  2. En 2013, Giuseppe Fallacara y Marco Stigliano demostraron el primer prototipo "tensegrílítico", que combina piedra con varillas y cables de acero en una estructura de tensegridad . [35]
  3. Desde 2019, los ingenieros de Webb Yates utilizaron dinteles de piedra horizontales extendidos en la construcción residencial [36] y paneles de piso de piedra como prueba de principio. [37] [3]
  4. Una escalera de hélice de 330˚, diseñada por Foster and Partners para la Villa Dolunay en Turquía, terminada en 2019 [38] y construida por Stonemasonry Company con Webb Yates. [39]

2020

  1. IABSE otorgó la Medalla Milne 2020 a Steve Webb por su trabajo en el desarrollo de materiales bajos en carbono para ingeniería estructural, incluida la piedra tensada. [40]
  2. La catedral de la Sagrada Familia , que se está construyendo en Barcelona en colaboración con el Grupo Arup, cuya finalización está prevista para 2026, utiliza conjuntos de piedra postensada. [12] "Jordi Faulí, arquitecto responsable de La Sagrada Familia de Barcelona, ​​ha afirmado que implementarán esta técnica en 800 paneles que forman parte de las torres centrales de la basílica; de hecho, el pretensado permitirá una mayor resistencia a vientos con menos peso." El uso de postensado permite que la construcción evite el uso de hormigón revestido de piedra. [41]

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la piedra postensada .

Referencias

  1. ^ Sebastián, Wendel; Webb, Steve (2021). “Ensayos sobre prototipos de vigas de piedra natural pretensadas”. Materiales de Construcción y Construcción . 271 : 121555. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2020.121555. S2CID  234318783.
  2. ^ ab Boote, Scott; Lynes, Alex (2020). "La piedra como material estructural. Parte 3: Estructuras de piedra postensadas". El Ingeniero Estructural . 98 (8): 22–28. doi :10.56330/FZDA2725. S2CID  226721423.
  3. ^ abcdef Webb, Steve (2020). "Por qué ha llegado el momento de volver a la piedra como material estructural". La revista RIBA . Consultado el 2 de mayo de 2023 .
  4. ^ abcd Bignell, Eric (2009). "Fabricación fuera de sitio: Postensado".
  5. ^ ab Trabajo en grupo; Jackson Coles; Ocho Asociados; Webb Yates; La Compañía de Cantería; Policor (2020). "Proyecto de investigación de la torre de piedra" (PDF) . El Centro de Construcción .
  6. ^ "Los pros y los contras de las construcciones de piedra". Tiempos financieros . 17 de junio de 2022.
  7. ^ abcdefTodisco , Leonardo; Acciones, Elizabeth; León, Javier; Corres, Hugo (2018). "Mejora del rendimiento estructural de estructuras de mampostería mediante postensado". Diario de la red Nexus . 20 (3): 671–691. doi : 10.1007/s00004-018-0374-z . S2CID  253601720.
  8. ^ "La Nueva Edad de Piedra | Exposiciones | Actualidad | Centro de construcción".
  9. ^ Simpson, James (2020). "Piedra y cal en la construcción posmoderna: cambio climático y una nueva edad de piedra".
  10. ^ Webb, Steve (2022). "Edad de Piedra: una nueva arquitectura a partir de un material antiguo". La revisión arquitectónica . Consultado el 2 de mayo de 2023 .
  11. ^ "Paneles de piedra tensada: estructura y componentes". 22 de agosto de 2018.
  12. ^ ab "Piedra tensada". 6 de junio de 2018.
  13. ^ ab Ganz, Hans Rudolf (1988). «ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA POSTENSADA» (PDF) . tecnologías estructurales . VSL INTERNACIONAL LTD.
  14. ^ Albañilería armada y pretensada. Tomás Telford. 1982. doi :10.1680/rapm.01619. ISBN 978-0-7277-4902-4.
  15. ^ https://www.pure.ed.ac.uk/ws/portalfiles/portal/5952527/R_pedreschi_post_tensioned_stone.pdf
  16. ^ ab https://www.stoneshow.co.uk/stone-digital-conference/innovation-for-sustainable-design-back-to-basics-post-tensioned-stone-and-lightweight-fa%C3%A7ades
  17. ^ ab Donaldson, Barry (1988). Nueva tecnología, diseño y construcción de piedra para sistemas de paredes exteriores. ASTM Internacional. ISBN 9780803111646.
  18. ^ "Iglesia de Peregrinación del Padre Pío / Taller de Construcción Renzo Piano". 27 de agosto de 2018.
  19. ^ "Iglesia de Peregrinación del Padre Pío, San Giovanni Rotondo - Taller de Construcción Renzo Piano".
  20. ^ "Queen's Building, Emmanuel College Cambridge - Educación - Hopkins Architects".
  21. ^ https://www.archinform.net/projekte/4999.htm
  22. ^ abcPedreschi , Remo (2013). "Un estudio de viabilidad de piedra postensada para revestimiento". Materiales de Construcción y Construcción . 43 : 225–232. doi :10.1016/j.conbuildmat.2013.02.008. hdl : 20.500.11820/478b44bf-8f16-4ba7-a0c7-f742112b05d1 . S2CID  55570473.
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  24. ^ Conzett, Jürg (2000). "Puente peatonal Punt da Suransuns, Suiza". Ingeniería Estructural Internacional . 10 (2): 104-106. doi :10.2749/101686600780557965. S2CID  109661483.
  25. ^ "Aguja de puerta de enlace de Southwark".
  26. ^ "Aguja de Southwark Gateway por Eric Parry Architects (1999)".
  27. ^ "30 Finsbury Square: perspectiva mirando al noreste | Obras de arte | Colección RA | Real Academia de las Artes".
  28. ^ "Plaza Finsbury 30".
  29. ^ "Mástiles de bandera en granito pretensado".
  30. ^ "Pietre d'Italia".
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  35. ^ http://www.atelierfallacara.it/_download/Monografie/21_Architectural_stone_elements.pdf
  36. ^ "¿Por qué construir con hormigón cuando puedes construir con piedra?".
  37. ^ "Del campo a la forma: piedra".
  38. ^ "Villa Dolunay / Foster + Socios". 30 de marzo de 2020.
  39. ^ "Villa Privada".
  40. ^ https://www.istructe.org/resources/training/iabse-milne-medal-lecture-2020/
  41. ^ "Las piedras de las torres centrales". 15 de noviembre de 2017.

enlaces externos