Cálculos Estructurales y la Corona de Miami

Paseando con la cálida brisa, por MacArthur Causeway, mientras contempla las olas azules del océano Atlántico, se encontrará hipnotizado al ver “The Crown of Miami”. La terminal de cruceros de Royal Caribbean se ha ganado su majestuoso nombre: The Crown, ya que su forma se asemeja a una corona de vidrio gigante.  Para lograr su fachada cristalina, el diseño requirió la instalación de un sistema de ventanas llamado Muro Cortina. Los cálculos estructurales realizados por Eastern Engineering Group lograron que esta joya arquitectónica, envuelta en vidrio, pueda sostenerse de manera segura en medio de una ciudad huracanada. De seguro ya te surgen las mismas dudas que tuve cuando escuché hablar de The Crown. Pensé de inmediato, ¿una terminal de cruceros cubierta toda de vidrio? ¿EN FLORIDA? ¿Seré el único que piensa que esto es un peligro? Aunque ciertamente no sabía en lo que me estaba metiendo, decidí “bucear” un poco más profundo. El primer tesoro encontrado fue saber que “Las estructuras de las ventanas no solo están diseñadas para soportar diferentes tipos de presiones, sino que también pasan por pruebas rigurosas para asegurarse de que puedan soportar estas fuerzas.” ¡¿No te parece increíble?! Pero hay más, te invito a explorar una pequeña fracción del interminable océano de ventanas, mientras desentrañamos la ingeniería detrás del Muro Cortina que cuelga majestuosamente en The Crown of Miami.

Hablemos de ventanas

Una ventana se define como una abertura que permite el paso de la luz y en ocasiones del aire. Sin embargo, esta explicación se queda corta considerando que las ventanas pueden tener variadas finalidades. Para los ingenieros estructurales, las ventanas son algo más que un accesorio estético. Hasta cierto punto, las ventanas se convierten en la “armadura protectora” de una estructura. Los cálculos estructurales determinarán el diseño estructural específico que permitirá que el sistema de ventanas sea funcional y seguro. Para nuestro ejemplo de Terminal de Cruceros, la funcionalidad incluiría el paso de la luz, evitando que el calor y el agua ingresen a las instalaciones. La seguridad significaría que las ventanas pueden recibir fuertes presiones de viento y el impacto de un objeto, sin comprometer la estabilidad de la estructura. Aunque hay múltiples factores a considerar, el viento y lo que este pueda transportar fue el aspecto que más me preocupó. ¡Sí!, podemos dirigirnos al elefante en la habitación. ¡Me aterran los huracanes! Por ende, para mí fue importante aprender un poco más sobre el viento para comprender qué hay detrás de la ingeniería de estructuras de ventanas.

El poder del viento

La carga del viento es la fuerza total que recibe un objeto considerando la velocidad y la dirección del aire. Hay dos tipos de cargas de viento que recibirá un edificio. La primera se denomina: Carga de presiones verticales de viento, estas pueden causar efectos de levantamiento. La segunda se nombra: Cargas Laterales de viento, e involucra la presión horizontal. Estas pueden ocasionar que un edificio se mueva fuera de sus cimientos. Las cargas laterales también podrían provocar la fisuración de los elementos verticales. Un ejemplo real. Durante un huracán, el viento presiona contra el vidrio y la carga es extrema. La cantidad de presión que podría recibir nuestra terminal de cruceros fue lo que dictó las condiciones para realizarle sus cálculos estructurales. Dicho esto, las cargas laterales serán nuestra preocupación para este sistema de ventanas. Dependiendo de la dirección del viento, este puede producir presiones positivas o negativas. Las presiones positivas se manifiestan siempre cuando el aire empuja y las presiones negativas cuando “jala”.  Cuando el viento ejerce una presión sobre la cara de una estructura, las presiones que se acumulan en todos los lados opuestos crean un efecto de succión. Por lo tanto, ¿por qué decimos que las presiones negativas están “jalando”?  Otro ejemplo para visualizarte lo anterior. Cuando los techos volaron durante el huracán Andrew en 1992, no fue porque el viento los empujara hacia arriba, sino que los estaba succionando. ¿Cómo es esto posible? Pues bien, con un aumento de la velocidad, se produce una disminución de la presión y el resultado es un efecto de vacío. Este principio explica también por qué cuando un automóvil pasa a toda velocidad junto al tuyo, sientes que tira de tu automóvil hacia él. Aparentemente, no asistí a ninguna de mis clases de física cuando me explicaron este concepto.

No vayas a romper mi ventana

Cuando se trata de cálculos estructurales, las instalaciones cerradas se calculan para permanecer cerradas. Cerrado, significa cerrado por todos lados. Aunque la fachada exterior podría haber sido calculada para soportar fuertes presiones de viento, el interior ciertamente no lo estaba. Si el vidrio recibe un impacto que hace que se desprenda y se rompa, se crea un desequilibrio de presión dentro y fuera de la estructura. Este desequilibrio puede comprometerla y perjudicar a los ocupantes. Después de 1992, el Código de Construcción de Florida cambió drásticamente. Actualmente, hace cumplir leyes muy estrictas que exigen que las ventanas de una estructura no solo permanezcan unidas al edificio en caso de un huracán, sino que también permanezcan cerradas. ¿Cómo regulan esto? Las estructuras de ventanas deben pasar varias pruebas para recibir la aprobación del departamento de construcción antes de la instalación. Además, las persianas y las ventanas de impacto son las dos formas de proteger las ventanas de manera segura. Dado que la terminal de cruceros de Royal Caribbean está saturada de ventanas, las persianas no son una forma eficiente de proteger esta estructura. En consecuencia, los paneles de vidrio de impacto fueron la mejor elección para nuestro muro cortina.

El muro cortina real

Un muro cortina suele ser un muro con marco de aluminio formado por paneles de vidrio que se ancla al exterior de una estructura. En otras palabras, las ventanas cuelgan de la estructura, en lugar de encajar en la estructura. Este sistema puede soportar su propio peso, mientras transfiere la carga del viento y la gravedad a la estructura. El diseño de Muro Cortina que se seleccionó provino de la Aprobación de Florida FL #28879-1. Un NOA (Aviso de aceptación) o Aprobación de Florida es un documento pre-aprobado para un producto prediseñado y prefabricado. Obtenga más información sobre los NOA en nuestro artículo de blog Diseño estructural y análisis estructural. Este documento fue diseñado para garantizar que ciertas estructuras, como nuestro muro cortina, hayan sido aprobadas para su instalación porque se demostró que sus cálculos estructurales son precisos y, por lo tanto, seguros. (¿Uf?) Esta estructura de ventana fue probada para resistir específicamente impactos de misiles grandes y pequeños, presiones cíclicas del viento, entre otros. En el diseño del muro cortina de Crown of Miami, se decidió utilizar paneles aislantes de doble acristalamiento. Ahora, por doble glaseado no me refiero a porciones adicionales de la bondad azucarada que normalmente se encuentra encima de las donas. Cuando se trata de vidrio, el término vidriado, se refiere al acto de estar equipado con paneles de vidrio. Un panel es la pieza real de vidrio que forma una ventana. El doble acristalamiento simplemente denota la presencia de dos paneles de vidrio. En medio de estos paneles suele haber aire o un gas no reactivo. Esta sustancia sirve para disminuir el efecto del calor, lo que los hace energéticamente eficientes. En esencia, estas ventanas no solo son seguras, sino que también son respetuosas con el medio ambiente.

Cálculos Estructurales Artísticos

Como vemos millones de ventanas todos los días, se han vuelto ordinarias y tendemos a perder sus elaboradas estructuras. Además, no esperaba que los sistemas de ventanas requirieran tantos cálculos y pruebas para ser efectivos. Aunque este artículo ha tocado brevemente algunos de los aspectos a considerar al realizar cálculos estructurales para ventanas. Permítanme enfatizarles que todavía hay un océano muy profundo por desentrañar. A lo largo de la experiencia recopilada para escribir este artículo, lo más sorprendente de seguro para todos ha sido; cómo se hace el proceso de ingeniería para estructuras de ventanas. Comprender el comportamiento del viento permite a los ingenieros determinar qué diseño funcionará mejor. La ingeniería estructural es el punto donde el arte y la ingeniería se encuentran. Combinar el conocimiento científico con el diseño es un arte en sí mismo.

Ventanas al alma

Las estructuras que muestran fachadas de ventanas se han vuelto cada vez más populares. No solo porque son estéticamente agradables, sino porque a través de ellas podemos disfrutar del mundo exterior. Hemos aprendido a valorar cuánto bienestar mental nos aporta ver el mundo exterior donde quiera que estemos. William Shakespeare una vez escribió, “tus ojos son las ventanas de tu alma”. Creo que las ventanas son el alma a las estructuras. Esta terminal “Crown of Miami” ciertamente fue capaz trasmitir con su diseño de muro de cortinas de ventanas la majestuosidad de su imagen de marca. La sensación de felicidad, belleza y seguridad que se obtiene al entrar en contacto visual con esta estructura llena de luz natural es ciertamente indescriptible. ¡Esta es la experiencia que Royal Caribbean definitivamente logra en sus huéspedes al llegar a ella!   **Gracias Alphacladding por hacernos parte de su equipo al permitirnos hacer los cálculos estructurales para el sistema de ventanas de este espléndido proyecto** ©️ 2022 Este artículo ha sido escrito y publicado por Eastern Engineering Group. Todos los derechos reservados.