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Sistemas Estructurales I
Unidad I
Desarrollo Histórico
• Con el descubrimiento de la
ganadería y la agricultura, se
orig inan u nos profundos
cambios en la existencia del
hombre. Pasa de ser nómada a
sedentario, conocedor del
distintos tipos de cultivos,
domesticación de animales y con
una economía de producción.
• Este sistema de vida agraria,
brindó una nueva configuración
a los asentamientos humanos,
hasta el punto de crear aldeas,
punto de inicio a considerar de
la arquitectura.
Primeros asentamientos
2
Los edificios =
construcciones relativamente permanentes que se levantan sobre un terreno
para que sean habitables.
Han evolucionado a lo largo de la historia desde simples refugios construidos
con palos, adobe o piedra, a las construcciones más sofisticadas de hormigón,
acero y vidrio de la actualidad.
Podemos definir ‘sistema estructural’ como la
unión estable de elementos diseñados para
que funcionen como una unidad que soporta
y transmite al terreno las cargas
correspondientes, de una forma segura y sin
exceder la resistencia de cada uno de los
elementos.
Las formas y los materiales de los sistemas estructurales han evolucionado
debido a los avances tecnológicos y culturales.
Breve reseña
Desarrollo de los sistemas
estructurales a lo largo de la
historia, desde los primeros
intentos para satisfacer las
necesidades de refugio frente al
sol, el viento o la lluvia, a las
mayores luces, alturas y
complejidad de la arquitectura
moderna.
El período Neolítico comenzó con el
advenimiento de la agricultura en torno al 8500
a. C., y después paso a la primera Edad del
Bronce con el desarrollo de las herramientas
de metal en torno al 3500 a. C.
La práctica de utilizar cuevas como refugio y
residencia ya venía produciéndose desde hacía
miles de años, y continuó desarrollándose
como forma arquitectónica, hasta templos e
iglesias excavados en laderas de montañas.
9600 AC- 7300 AC
(Neolitico)
Göbekli Tepe,
Turquía.
El templo de piedra
más antiguo del mundo
que se conoce.
ARQUITECTURA MEGALÍTICA
3100 a.C. y 1600 a.C
STONEHENGE, INGLATERRA
Monumento megalítico tipo c
rómlech construido entre el
final del Neolítico y
principios de la Edad del
Bronce, situado cerca
de Amesbury, en el condado
de Wiltshire, Inglaterra, a
unos quince kilómetros al
norte de Salisbury.
• Los conjuntos de piedras erguidas de Stonehenge está formado
por grandes bloques de rocas metamórficas distribuidos en
cuatro circunferencias concéntricas. El exterior, de treinta
metros de diámetro, quedando hoy solo siete en su sitio
original.
• En su comienzo era un monumento circular de carácter ritual
rodeado por un talud y un foso, de modo similar a muchos
otros situados en el sur de Inglaterra.
Construcción
7
• Finalmente el monumento tomó su aspecto actual, para lo cual se transportaron
32 bloques de arenisca desde las montañas de Preseli, al suroeste de Gales y
la piedra del «Altar» fue traída desde una región cercana a Milford Haven.
Pirámides de Guiza
• Las Pirámides de Guiza están
situadas afueras de El Cairo, y
son los más emblemáticos
monumentos de esta
civilización, las tres grandes
pirámides de Guiza, las
tumbas o cenotafios de los
faraones Keops, Kefrén y
Micerino, Imperio Antiguo de
Egipto.Arq. Michele Lapenna Historia de La Arquitectura II 9
2500 a. C.: Gran Pirámide de Keops,
Egipto.
Hasta el siglo xix esta pirámide de
piedra era
la estructura más alta del mundo.
LA GRAN PIRÁMIDE DE KEOPS
• Una de las siete maravillas del
mundo. Es el mejor exponente de
todas las pirámides realizadas en
Egipto, la culminación de un proceso
de mejoramiento de técnicas
constructivas.
• Existen diversas teorías que tratan
de explicar cómo se construyeron las
pirámides.
El motivo de su construcción:
Como otras pirámides, esta fue construida para sevir como tumba para el faraón
que ordenó su construcción, Keops, y contener su “esencia” para toda la
eternidad.
LA GRAN PIRÁMIDE DE KEOPS
Explicación:
Herodoto, estimó que 100,000 hombres habrían sido requeridos para la
construcción.
Su altura original fue de 146 metros, pero ahora es de solo 137 metros debido al
deterioro de la parte superior.
El ángulo de inclinación es de 51°.
Se sabe ahora que se usaron más de
2.300.000 piedras para construir la
pirámide, cuyo peso medio es de dos
toneladas y media por bloque, aunque
algunos de ellos llegan a pesar hasta
sesenta toneladas.
LA GRAN PIRÁMIDE DE KEOPS
Cómo se construyeron las pirámides
Que es un arquitrabe?
1500 a. C. Templo de Amón, Luxor, Egipto.
La sala hipóstila es un ejemplo sobresaliente
de la construcción adintelada en piedra.
La estructura arquitrabada
también se denomina
adintelada y se opone a la
estructura abovedada.
El arquitrabe es una forma
muy simple y poco
complicada de construir, se
trata de una estructura
horizontal cuya función es
transmitir el peso de la zona
cubierta a las columnas que
se encargan de recogerlo y
llevarlo directamente al
suelo.
Ciudadela y Puerta de los Leones
1600-1100 a.C.
Argolis, Grecia
David Monniaux, 2004; Andreas Trepte, 2008; Andreas
Trepte, 2008Civilización micénica
1.- Avenida de las esfinges
2.- Capilla de Serapis
3.- Capilla de Hathor
4.- Obelisco de Ramsés II y estatuas
sedentes
5.- Pilono de Ramsés II
6.- Capillas de Amón, Mut y Jonsu
7.- Primer patio (Ramsés II)
8.- Columnata procesional (Amenhotep
III)
9.- Atrio (Amenhotep III)
10.- Sala hipóstila
11.- Sala de Mut
12.- Sala de Jonu
13.- Sala de Amón-Min
14.- Santuario romano
15.- Cámara del nacimiento (Amenhotep
III)
16.- Sala de ofrendas
17.- Santuario de la barca (Alejandro
Magno)
18.- Vestíbulo
19.- Santuario (Amenhotep III)Arq. Michele Lapenna Historia de La Arquitectura II
Estructura adintelada
1500 a. C. Los egipcios trabajaban el vidrio
fundido.
Uso de cuevas como vivienda perdura en diversos formatos, la mayor
parte de la arquitectura se construye con una combinación de materiales
que definen unos límites espaciales para dar refugio, albergar la vida
doméstica, conmemorar eventos o convertirse en monumentos.
1000 a. C.: Capadocia (Anatolia), Turquía.
Excavaciones extensivas dieron lugar a viviendas, iglesia y monasterios.
Las primeras viviendas
consistían en entramados
de madera toscos, con
muros de adobe y tejado
de paja.
En ocasiones se excavaba
en el terreno para
proporcionar calor y
protección.
Otras veces, la vivienda se elevaba sobre el terreno para mejorar la
ventilación en climas cálidos y húmedos, o para protegerse de la crecida
de ríos o lagos.
Ching, Jarzombek, Prakash (2013)
447 a. C. Partenón, Atenas, Grecia. Este templo dedicado
a Atenea es considerado la culminación del orden dórico
Estructura adintelada
Restauración, 2016
Estructura adintelada
Siglo III a. C. Porta Pulchra, Perugia, Italia.
Los etruscos desarrollaron el arco y la bóveda de fábrica.
Estructura abovedada
Augusto dio orden de restaurar los
edificios destruidos y fortificar el ya
macizo Arco Etrusco de la ciudad
Siglo V a. C. Hierro fundido en Europa Central y China
La expansión de la siderurgia en Europa
Central y Occidental está asociada a la
expansión celta.
Según Plinio el Viejo, el uso del hierro era
común en la época romana. La producción
anual de hierro del Imperio Romano se
estima en 84,750 t, mientras que la China
Han, igualmente poblada y contemporánea,
produjo alrededor de 50,000 t. En China, el
hierro sólo aparece alrededor de 700-500 aC.
Siglo III a. C. Los romanos hacían hormigón con cemento
puzolánico. (Pozzuoli)
Se trataba de una mezcla muy resistente, condiciones para durar en el tiempo.
La forma en que los romanos fabricaban su hormigón es mucho más ecológica que
los procesos en la actualidad el material.
Su ingrediente estrella -no secreto-, aunque hasta ahora no se había podido conocer
su comportamiento a largo plazo, en las estructuras romanas, son las rocas y
cenizas volcánicas, cuyos resultados en las obras de ingeniería en contacto con el
agua marina han sorprendido a los investigadores.
Cemento Portland se calienta a más de 1.400
grados centígrados , el Hormigón romano,
menor cantidad de combustible, además a una
temperatura inferior 900 grados centígrados.
70-80 d. C. Coliseo de Roma, Italia.
Anfiteatro de hormigón y ladrillo revestido de piedra
Anfiteatro Flavio (Coliseo de Roma)
Construido
por Vespasiano .
Se empezó en
medio de la
ciudad de Roma.
Vespasiano, no
pudo ver
terminada esta
obra, y Tito la
inauguró el año
80
Estructura abovedada
Altura de 57 metros. La
base tiene una forma
elíptica, donde su eje
mayor mide 189 metros y
su eje menor 156 metros.
Todo el subsuelo era un complejo de túneles (el hipogeo') en el que se alojaba a
los gladiadores, a los condenados y a los animales.
Técnica
Es una obra de atrevida ingeniería y de grandes
proporciones, donde los romanos utilizaron con
frecuencia el agregado de ladrillo embutido en una
mezcla de la masilla de la cal con polvo de ladrillo o
ceniza volcánica incluyendo a esto el uso de la
piedra (travertino) y el concreto que fueron la base
del Coliseo.
Además, para aligerar el peso de las enormes
estructuras, utilizaron a menudo tarros de barro
vacíos en las paredes. También barras de metal
como refuerzos en el concreto.
Siglo III: Tikal, Guatemala.
Ciudad maya de
pirámides y palacios de
piedra.
125 d. C. Panteón de Roma, Italia.
Mayor cúpula nervada del mundo
hasta el siglo XVIII.
El espacio interno es el que causa una
sensación de grandeza muy especial.
Se trata de un único ambiente de
planta circular cubierto por una
inmensa cúpula hemisférica de
dimensiones impresionantes. el
diámetro es de 43,44 m (150 pies
romanos) que es la misma dimensión
de su altura.
Técnica
• La cúpula está realizada en un
antiguo sistema de hormigón (Opus
Caementicium) compuesto por cal,
pozolana, agua y pedrisco. En la
construcción, a medida que nos
acercamos a la cúspide,
encontramos materiales siempre
más ligeros. Pasamos del
travertino inicial a la piedra pómez.
• Un óculo cenital, del diámetro de
casi 9 metros constituye la única
fuente de luz del gran espacio
circular.
Estructura nervada
En el interior de la
cúpula hallamos
cinco anillos
concéntricos con
28 recuadros de
artesonado que
por una parte
hacen que la
estructura sea
más ligera y mas
resistente
formando una red
de nervaturas
Siglo III, Tikal, Guatemala
Ciudad maya de pirámides y palacios de piedra.
Al inicio del Clásico Temprano, el poder en la región maya se concentró en Tikal
y Calakmul
532-537 d. C. Santa Sofía de Constantinopla (actual Estambul), Turquía. Cúpula
central sobre pechinas que permiten la transición de una bóveda circular a una
planta cuadrada. Se utiliza hormigón en la construcción de las bóvedas y los
arcos de los niveles inferiores.
Estructura abovedada (con pechina)
Es el ejemplo más grandioso y
paradigmático de la arquitectura
bizantina cuyo nombre significa «Santa
Sabiduría». Fue mandada edificar por el
emperador Justiniano y se construyó en
un tiempo récord: entre el 532 y el 537.
En dos lados opuestos de la cúpula central se sitúan
una serie de semicúpulas y ábsides, que van
descendiendo en altura y que actúan soportando y
conduciendo el peso de la central. El peso también
está aligerado por la utilización de materiales no muy
pesados: ladrillo y tejas porosas de Paros.
La altura de la cúpula central es de 56,25 metros,
logro que supera a los 43,20 metros del Panteón
romano y que solo será igualado con la revolución
técnica que supuso la arquitectura gótica seis siglos
más tarde. La iglesia es de planta cuadrada de 79,30
m. x 69,50 m., con la gran cúpula central que mide
31,25 m de diámetro.
Siglo XI: Abadía de
san Filiberto, Tournus,
Francia.
Pilares cilíndricos sin
decoración con un
diámetro de 1,2 m
soportan la espaciosa
y luminosa nave.
Arquitectura
Románica
Estructura abovedada (arcos)
1163-1250: Catedral de Notre Dame, París, Francia.
La estructura de piedra natural recurre a arbotantes para transmitir los empujes
laterales de las bóvedas a los contrafuertes.
Arquitectura Gótica
Estructura abovedada (contrafuerte)
Siglo XV: Filippo Brunelleschi
desarrolló la teoría de la perspectiva
lineal.
Iglesia de San Lorenzo, Florencia
Hospital de los Inocentes, Florencia
Siglo XIII: Catedral de Florencia,
Italia.
Filippo Brunelleschi proyectó una
cúpula de doble cáscara, apoyada
sobre un tambor que permitiera su
construcción sin necesidad de
armar andamios desde el suelo Estructura nervada
La ingeniosa solución sin
que fuesen necesarias
cimbras de madera que
soportasen la
estructura durante el
desarrollo.
Estructura nervada
Una doble cúpula, exterior e interior, de perfiles
apuntados, de modo que existiese un espacio vacío
entre ambas, siempre constante y con un sistema
de vigas de refuerzo que se extienden horizontalmente
entre los nervios.
La cúpula interior posee un total de 24 nervios construidos en ladrillo que reciben
las descargas de la estructura, dividiendo el peso de su carga y llevándolo hasta el
tambor. Recoge el empuje de la cúpula externa, mientras ésta aleja de la
humedad, al tiempo que sus ocho nervios visibles al exterior carecen de
verdadera función estructural. Con todo ello se reduce el peso del conjunto y se
posibilita la existencia de una galería interna entre ambas cúpulas que conduce
hasta la linterna.
1506-1615: Donato Bramante, Miguel Ángel y
Giacomo della Porta, basílica de San Pedro, Roma, Italia.
Hasta hace poco, la iglesia más grande jamás
construida, con una superficie de 23.000 m2.
Estructura abovedada y
nervada
En fecha tan temprana como el siglo VI, las arcadas principales de Santa Sofía de
Constantinopla incorporaban barras de hierro a modo de tirantes. Durante la Edad
Media y el Renacimiento, el hierro se utilizó tanto en elementos decorativos como
estructurales, conectores y tirantes, para reforzar las estructuras de fábrica.
Sin embargo, no fue hasta el siglo
XVIII cuando los nuevos métodos
de fabricación permitieron forjar y
colar hierro en grandes cantidades
para ser utilizado como material
para las estructuras de las
estaciones de ferrocarril,
mercados y otros edificios
públicos.
La masa de los muros y columnas
de piedra sirve de transición a la
ligereza de los pórticos de hierro.
1638: Galileo Galilei publicó su primer libro, Consideraciones
y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias,
refiriéndose estas dos ciencias a la resistencia de los
materiales y el movimiento de los objetos.
La obra se dividía
en la edición de
1638 en cuatro
jornadas.
Las dos primeras tratan de la estructura de los materiales, y conforman la
exposición de la "ciencia nueva" que hoy llamamos estática. La tercera se
ocupa del movimiento uniforme y uniformemente acelerado de los cuerpos, y
la cuarta de la trayectoria de los proyectiles; en ambas se debate la segunda
"ciencia nueva", hoy llamada dinámica
1687: Isaac Newton publicó Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica, que
describe la gravitación universal y los tres
principios de la dinámica, estableciendo los
fundamentos de la mecánica clásica.
Tres leyes de Newton.
•Primera ley: Todos los cuerpos
perseveran en su estado de reposo
o de movimiento uniforme en línea
recta, salvo que se vean forzados a
cambiar ese estado por fuerzas
impresas.
•Segunda ley: El cambio de
movimiento es proporcional a la
fuerza motriz impresa, y se hace
en la dirección de la línea recta en
la que se imprime esa fuerza.
•Tercera ley: Para toda acción hay
siempre una reacción opuesta e
igual. Las acciones recíprocas de
dos cuerpos entre sí son siempre
iguales y dirigidas hacia partes
contrarias.
1653: Ahmad Lahauri, Taj Mahal, Agra, India.
Este famoso mausoleo con cúpula de mármol blanco
fue construido en memoria de Mumtaz Mahai, esposa
del emperador mogol Shah Jahan
Estructura abovedada (arcos)
1797: William Strutt, molino de lino Ditherington, Shrewsbury, Reino Unido.
El primer edificio del mundo construido con una estructura de pilares y vigas de
fundición.
Es el primer edificio con
estructura de hierro del
mundo. Como tal, es
visto como el primer
rascacielos del mundo,
descrito como "el abuelo
de los rascacielos", a
pesar de ser tan alto
como un edificio moderno
de cinco pisos. Su
importancia se
reconoció oficialmente
en la década de 1950.
Finales del siglo XVIII y comienzos del XIX:
La Revolución Industrial introdujo cambios fundamentales en la agricultura, la
manufactura y el transporte que alteraron el clima socioeconómico y cultural
en Reino Unido y el resto del mundo.
Incremento en el tamaño de los edificios dedicados a usos industriales,
residenciales y otros servicios. 1777-1779: T. M. Pritchard, puente
de hierro, Coalbrookdale, Reino
Unido
1779: Bry Higgins patentó un cemento
hidráulico para revestimientos exteriores.
Cemento hidráulico, llamado estuco, para
uso en acabados exteriores
1801: Thomas Young estudió la elasticidad
y puso su nombre al módulo elástico.
Es un parámetro que caracteriza el comportamiento de
un material elástico, según la dirección en la que se
aplica una fuerza.
Young realizó estudios de materiales
proponiendo una medida de la rigidez de
diferentes materiales conocida en la
actualidad como el módulo de Young.
Diagrama tensión - deformación. El módulo de Young viene representado por
la tangente a la curva en cada punto. Para materiales como el acero resulta
aproximadamente constante dentro del límite elástico.
1824: Joseph Aspdin patentó la fabricación del cemento pórtland
1851: John
Paxton, Crystal
Palace, Londres,
Reino Unido.
Construida en el Hyde Park, en Londres, con
motivo de la Gran Exposición mundial.
Su planta, formado por la nave principal
y galerías longitudinales, medía
563,25 m x 124,35 m.
Estructura modular
Crystal Palace, constituye una
auténtica síntesis arquitectónica de
la Revolución Industrial se utiliza el
hierro y el vidrio a gran escala, con
una lógica aditiva modular, realizando
la estandarización de componentes
propia del nuevo sistema productivo
industrial.
Estructura modular
Estructura modular
La era moderna en la fabricación de acero comenzó en 1856, cuando
Henry Bessemer describió un proceso para producir acero a gran escala y
con un precio relativamente bajo.
1867: Joseph Monier patentó el hormigón armado.
Animado por su buena acogida, no tardó en proponer el
empleo de su sistema para otro tipo de obras, como puentes de
mediana luz e incluso edificios. Estas construcciones pueden
considerarse de hormigón armado, aunque en rigor la
disposición de las armaduras no era del todo racional, pues
Monier, huérfano de formación, había desarrollado su sistema
de forma totalmente empírica.
La disposición de los hierros, más o menos apropiada para las paredes de los
depósitos y las losas, en los elementos estructurales más complejos se
complicaba sin llegar a ser coherente con los esfuerzos que estos debían soportar.
1868: William Barlow, estación de St. Pancras, Londres, Reino Unido.
Estructura de arco triangulado atirantado por debajo del nivel del suelo para
resistir los empujes laterales.
Estructura de arco triangulado
atirantado por debajo del nivel del
suelo para resistir los empujes
laterales.
St. Pancras, Londres, Reino Unido
Estructura de arco triangulado
atirantado
1884: William Le Baron Jenney, edificio de la Home Insurance, Chicago, Estados
Unidos. Este entramado de acero y fundición de diez plantas de altura soporta la
mayor parte del peso de los pisos y los muros exteriores. Fue ampliada posteriormente
a doce plantas en 1890
El primer edificio alto
o primer rascacielos
de la historia.
1889: Gustave Eiffel, torre Eiffel, París, Francia.
La torre reemplazó al monumento a Washington
como estructura más alta del mundo, título que
mantuvo hasta la construcción del edificio
Chrysler de Nueva York en 1930.
Exposición Universal de 1889
El hierro pudelado (hierro forjado) de la Torre Eiffel pesa 7.300 toneladas, y la adición
de ascensores, tiendas y antenas han llevado el peso total de la construcción hasta
aproximadamente las 10.100 toneladas
1881: Charles Louis Stroebel
estandarizó los perfiles de acero
forjado y las conexiones roblonadas
Conexiones 1896: Pabellón Rotonda
diseñado por Vladímir Shukhov para la
Exposición Rusa de Artes y Actividades
Industriales celebrada en Nizhny
Novgorod, Rusia.
La primera estructura tensada de acero del mundo.
1903: Elzner & Anderson, edificio Ingalls, Cincinnati (Ohio),
Estados Unidos.
Primer edificio de oficinas de gran altura de hormigón
armado.
15 pisos
Paredes de ocho pulgadas [200 mm]
Acero consiste
simplemente de
barras
embebidas en
el hormigón,
con los
extremos
entrelazado…
1922: Walter Bauerfeld, planetario,
Jena, Alemania.
Primer registro de una cúpula
geodésica contemporánea, a partir de
un icosaedro.
Domos
442,9 m
1931: Shreve, Lamb &
Harmon, Empire
State,Nueva York,
Estados Unidos.
Edificio más alto del
mundo hasta 1972.
Ha sido muy influyente en la
utilización posterior del hormigón
para cubrir grandes espacios
públicos
1913: Max Berg,
Jahrhunderthalle,
Breslau, Alemania.
Esta estructura de
hormigón armado,
con una cúpula de
65 m de diámetro
Con la llegada de aceros de alta calidad y de la técnicas informáticas de
análisis de estructuras, las estructuras de acero se han vuelto más ligeras y
las conexiones más refinadas, permitiendo un amplio abanico de formas
estructurales.
1903: Alexander Graham Bell experimentó con
las formas estructurales tridimensionales,
que posteriormente dieron lugar a las mallas
espaciales de Richard Buckminster Fuller,
Max Mengeringhausen y Konrad Wachsmann
Semioctaedro en malla
espacial con nudo (Nuclos)
Alexander Graham Bell contribuyó al desarrollo de esa tipología de estructuras ya
que, hacia 1900, trabajaba con formas tetraédricas para conseguir la mayor
resistencia con el menor peso, aplicado al ámbito de la ingeniería aeronáutica.
1928: Eugène Freyssinet inventó el hormigón pretensado.
“..Nací constructor. Era para mi tanto una necesidad ineludible como una
fuente inagotable de felicidad imponer al material en bruto esas formas y
estructuras que surgían de mi imaginación…”
1943-1959: Frank Lloyd Wright,
Guggenheim Museum, Nueva
York, Estados Unidos
1960: Pier Luigi Nervi, Palacio de los
Deportes, Roma, Italia. Cúpula nervada de
100 m de diámetro de hormigón armado,
construida para los Juegos Olímpicos de 1960.
Cúpula nervada
Palacio de los Deportes, Roma
1961: Kenzo Tange, estadio olímpico,
Tokio, Japón. La mayor estructura
colgada del mundo cuando se construyó,
los cables de acero están suspendidos
de dos pilares de hormigón armado
1972: Frei Otto, piscina
olímpica, Múnich,
Alemania. Los cables de
acero se combinan con
membranas textiles para
crear una estructura
extremadamente ligera
que cubre grandes luces
El aumento del precio del petróleo estimuló
la investigación en fuentes alternativas de
energía, y fomentó que la conservación de
la energía se convirtiera en un elemento
fundamental del proyecto arquitectónico.
1973: Jørn Utzon, ópera de Sídney,
Australia. Las icónicas cáscaras de
esta estructura están construidas con
nervios de hormigón prefabricado
moldeados in situ.
1998: César Pelli,
torres Petronas,
Kuala Lumpur,
Malasia. Edificios
más altos del
mundo hasta la
construcción en
2004 del Taipéi 101
2004: C. Y. Lee & Partners, Taipei 101, Taiwan.
Estructura de entramado de hormigón y acero,
utiliza un amortiguador de masas.
Comenzado en 2004: Adrian
Smith & SOM, Burj Dubai,
Emiratos Árabes Unidos.
Edificio más alto del mundo,
completado en 2009.
762 m
609 m
457 m
88 pisosTorres Petronas,
101 pisos
Taipei 101, Taiwan.
163 pisosBurj Dubai, Emiratos Árabes Unidos

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  • 1. Sistemas Estructurales I Unidad I Desarrollo Histórico
  • 2. • Con el descubrimiento de la ganadería y la agricultura, se orig inan u nos profundos cambios en la existencia del hombre. Pasa de ser nómada a sedentario, conocedor del distintos tipos de cultivos, domesticación de animales y con una economía de producción. • Este sistema de vida agraria, brindó una nueva configuración a los asentamientos humanos, hasta el punto de crear aldeas, punto de inicio a considerar de la arquitectura. Primeros asentamientos 2
  • 3. Los edificios = construcciones relativamente permanentes que se levantan sobre un terreno para que sean habitables. Han evolucionado a lo largo de la historia desde simples refugios construidos con palos, adobe o piedra, a las construcciones más sofisticadas de hormigón, acero y vidrio de la actualidad. Podemos definir ‘sistema estructural’ como la unión estable de elementos diseñados para que funcionen como una unidad que soporta y transmite al terreno las cargas correspondientes, de una forma segura y sin exceder la resistencia de cada uno de los elementos.
  • 4. Las formas y los materiales de los sistemas estructurales han evolucionado debido a los avances tecnológicos y culturales. Breve reseña Desarrollo de los sistemas estructurales a lo largo de la historia, desde los primeros intentos para satisfacer las necesidades de refugio frente al sol, el viento o la lluvia, a las mayores luces, alturas y complejidad de la arquitectura moderna.
  • 5. El período Neolítico comenzó con el advenimiento de la agricultura en torno al 8500 a. C., y después paso a la primera Edad del Bronce con el desarrollo de las herramientas de metal en torno al 3500 a. C. La práctica de utilizar cuevas como refugio y residencia ya venía produciéndose desde hacía miles de años, y continuó desarrollándose como forma arquitectónica, hasta templos e iglesias excavados en laderas de montañas. 9600 AC- 7300 AC (Neolitico) Göbekli Tepe, Turquía. El templo de piedra más antiguo del mundo que se conoce.
  • 6. ARQUITECTURA MEGALÍTICA 3100 a.C. y 1600 a.C STONEHENGE, INGLATERRA Monumento megalítico tipo c rómlech construido entre el final del Neolítico y principios de la Edad del Bronce, situado cerca de Amesbury, en el condado de Wiltshire, Inglaterra, a unos quince kilómetros al norte de Salisbury.
  • 7. • Los conjuntos de piedras erguidas de Stonehenge está formado por grandes bloques de rocas metamórficas distribuidos en cuatro circunferencias concéntricas. El exterior, de treinta metros de diámetro, quedando hoy solo siete en su sitio original. • En su comienzo era un monumento circular de carácter ritual rodeado por un talud y un foso, de modo similar a muchos otros situados en el sur de Inglaterra. Construcción 7
  • 8. • Finalmente el monumento tomó su aspecto actual, para lo cual se transportaron 32 bloques de arenisca desde las montañas de Preseli, al suroeste de Gales y la piedra del «Altar» fue traída desde una región cercana a Milford Haven.
  • 9. Pirámides de Guiza • Las Pirámides de Guiza están situadas afueras de El Cairo, y son los más emblemáticos monumentos de esta civilización, las tres grandes pirámides de Guiza, las tumbas o cenotafios de los faraones Keops, Kefrén y Micerino, Imperio Antiguo de Egipto.Arq. Michele Lapenna Historia de La Arquitectura II 9 2500 a. C.: Gran Pirámide de Keops, Egipto. Hasta el siglo xix esta pirámide de piedra era la estructura más alta del mundo.
  • 10. LA GRAN PIRÁMIDE DE KEOPS • Una de las siete maravillas del mundo. Es el mejor exponente de todas las pirámides realizadas en Egipto, la culminación de un proceso de mejoramiento de técnicas constructivas. • Existen diversas teorías que tratan de explicar cómo se construyeron las pirámides.
  • 11. El motivo de su construcción: Como otras pirámides, esta fue construida para sevir como tumba para el faraón que ordenó su construcción, Keops, y contener su “esencia” para toda la eternidad. LA GRAN PIRÁMIDE DE KEOPS
  • 12. Explicación: Herodoto, estimó que 100,000 hombres habrían sido requeridos para la construcción. Su altura original fue de 146 metros, pero ahora es de solo 137 metros debido al deterioro de la parte superior. El ángulo de inclinación es de 51°. Se sabe ahora que se usaron más de 2.300.000 piedras para construir la pirámide, cuyo peso medio es de dos toneladas y media por bloque, aunque algunos de ellos llegan a pesar hasta sesenta toneladas.
  • 13. LA GRAN PIRÁMIDE DE KEOPS
  • 14. Cómo se construyeron las pirámides
  • 15. Que es un arquitrabe?
  • 16. 1500 a. C. Templo de Amón, Luxor, Egipto. La sala hipóstila es un ejemplo sobresaliente de la construcción adintelada en piedra. La estructura arquitrabada también se denomina adintelada y se opone a la estructura abovedada. El arquitrabe es una forma muy simple y poco complicada de construir, se trata de una estructura horizontal cuya función es transmitir el peso de la zona cubierta a las columnas que se encargan de recogerlo y llevarlo directamente al suelo.
  • 17. Ciudadela y Puerta de los Leones 1600-1100 a.C. Argolis, Grecia David Monniaux, 2004; Andreas Trepte, 2008; Andreas Trepte, 2008Civilización micénica
  • 18. 1.- Avenida de las esfinges 2.- Capilla de Serapis 3.- Capilla de Hathor 4.- Obelisco de Ramsés II y estatuas sedentes 5.- Pilono de Ramsés II 6.- Capillas de Amón, Mut y Jonsu 7.- Primer patio (Ramsés II) 8.- Columnata procesional (Amenhotep III) 9.- Atrio (Amenhotep III) 10.- Sala hipóstila 11.- Sala de Mut 12.- Sala de Jonu 13.- Sala de Amón-Min 14.- Santuario romano 15.- Cámara del nacimiento (Amenhotep III) 16.- Sala de ofrendas 17.- Santuario de la barca (Alejandro Magno) 18.- Vestíbulo 19.- Santuario (Amenhotep III)Arq. Michele Lapenna Historia de La Arquitectura II Estructura adintelada
  • 19. 1500 a. C. Los egipcios trabajaban el vidrio fundido.
  • 20. Uso de cuevas como vivienda perdura en diversos formatos, la mayor parte de la arquitectura se construye con una combinación de materiales que definen unos límites espaciales para dar refugio, albergar la vida doméstica, conmemorar eventos o convertirse en monumentos. 1000 a. C.: Capadocia (Anatolia), Turquía. Excavaciones extensivas dieron lugar a viviendas, iglesia y monasterios. Las primeras viviendas consistían en entramados de madera toscos, con muros de adobe y tejado de paja. En ocasiones se excavaba en el terreno para proporcionar calor y protección.
  • 21. Otras veces, la vivienda se elevaba sobre el terreno para mejorar la ventilación en climas cálidos y húmedos, o para protegerse de la crecida de ríos o lagos. Ching, Jarzombek, Prakash (2013)
  • 22. 447 a. C. Partenón, Atenas, Grecia. Este templo dedicado a Atenea es considerado la culminación del orden dórico Estructura adintelada
  • 24. Siglo III a. C. Porta Pulchra, Perugia, Italia. Los etruscos desarrollaron el arco y la bóveda de fábrica. Estructura abovedada Augusto dio orden de restaurar los edificios destruidos y fortificar el ya macizo Arco Etrusco de la ciudad
  • 25. Siglo V a. C. Hierro fundido en Europa Central y China La expansión de la siderurgia en Europa Central y Occidental está asociada a la expansión celta. Según Plinio el Viejo, el uso del hierro era común en la época romana. La producción anual de hierro del Imperio Romano se estima en 84,750 t, mientras que la China Han, igualmente poblada y contemporánea, produjo alrededor de 50,000 t. En China, el hierro sólo aparece alrededor de 700-500 aC.
  • 26. Siglo III a. C. Los romanos hacían hormigón con cemento puzolánico. (Pozzuoli) Se trataba de una mezcla muy resistente, condiciones para durar en el tiempo. La forma en que los romanos fabricaban su hormigón es mucho más ecológica que los procesos en la actualidad el material. Su ingrediente estrella -no secreto-, aunque hasta ahora no se había podido conocer su comportamiento a largo plazo, en las estructuras romanas, son las rocas y cenizas volcánicas, cuyos resultados en las obras de ingeniería en contacto con el agua marina han sorprendido a los investigadores. Cemento Portland se calienta a más de 1.400 grados centígrados , el Hormigón romano, menor cantidad de combustible, además a una temperatura inferior 900 grados centígrados.
  • 27. 70-80 d. C. Coliseo de Roma, Italia. Anfiteatro de hormigón y ladrillo revestido de piedra Anfiteatro Flavio (Coliseo de Roma) Construido por Vespasiano . Se empezó en medio de la ciudad de Roma. Vespasiano, no pudo ver terminada esta obra, y Tito la inauguró el año 80 Estructura abovedada
  • 28. Altura de 57 metros. La base tiene una forma elíptica, donde su eje mayor mide 189 metros y su eje menor 156 metros. Todo el subsuelo era un complejo de túneles (el hipogeo') en el que se alojaba a los gladiadores, a los condenados y a los animales.
  • 29. Técnica Es una obra de atrevida ingeniería y de grandes proporciones, donde los romanos utilizaron con frecuencia el agregado de ladrillo embutido en una mezcla de la masilla de la cal con polvo de ladrillo o ceniza volcánica incluyendo a esto el uso de la piedra (travertino) y el concreto que fueron la base del Coliseo. Además, para aligerar el peso de las enormes estructuras, utilizaron a menudo tarros de barro vacíos en las paredes. También barras de metal como refuerzos en el concreto.
  • 30. Siglo III: Tikal, Guatemala. Ciudad maya de pirámides y palacios de piedra. 125 d. C. Panteón de Roma, Italia. Mayor cúpula nervada del mundo hasta el siglo XVIII. El espacio interno es el que causa una sensación de grandeza muy especial. Se trata de un único ambiente de planta circular cubierto por una inmensa cúpula hemisférica de dimensiones impresionantes. el diámetro es de 43,44 m (150 pies romanos) que es la misma dimensión de su altura.
  • 31. Técnica • La cúpula está realizada en un antiguo sistema de hormigón (Opus Caementicium) compuesto por cal, pozolana, agua y pedrisco. En la construcción, a medida que nos acercamos a la cúspide, encontramos materiales siempre más ligeros. Pasamos del travertino inicial a la piedra pómez. • Un óculo cenital, del diámetro de casi 9 metros constituye la única fuente de luz del gran espacio circular. Estructura nervada
  • 32. En el interior de la cúpula hallamos cinco anillos concéntricos con 28 recuadros de artesonado que por una parte hacen que la estructura sea más ligera y mas resistente formando una red de nervaturas
  • 33. Siglo III, Tikal, Guatemala Ciudad maya de pirámides y palacios de piedra. Al inicio del Clásico Temprano, el poder en la región maya se concentró en Tikal y Calakmul
  • 34. 532-537 d. C. Santa Sofía de Constantinopla (actual Estambul), Turquía. Cúpula central sobre pechinas que permiten la transición de una bóveda circular a una planta cuadrada. Se utiliza hormigón en la construcción de las bóvedas y los arcos de los niveles inferiores. Estructura abovedada (con pechina) Es el ejemplo más grandioso y paradigmático de la arquitectura bizantina cuyo nombre significa «Santa Sabiduría». Fue mandada edificar por el emperador Justiniano y se construyó en un tiempo récord: entre el 532 y el 537.
  • 35. En dos lados opuestos de la cúpula central se sitúan una serie de semicúpulas y ábsides, que van descendiendo en altura y que actúan soportando y conduciendo el peso de la central. El peso también está aligerado por la utilización de materiales no muy pesados: ladrillo y tejas porosas de Paros. La altura de la cúpula central es de 56,25 metros, logro que supera a los 43,20 metros del Panteón romano y que solo será igualado con la revolución técnica que supuso la arquitectura gótica seis siglos más tarde. La iglesia es de planta cuadrada de 79,30 m. x 69,50 m., con la gran cúpula central que mide 31,25 m de diámetro.
  • 36. Siglo XI: Abadía de san Filiberto, Tournus, Francia. Pilares cilíndricos sin decoración con un diámetro de 1,2 m soportan la espaciosa y luminosa nave. Arquitectura Románica Estructura abovedada (arcos)
  • 37. 1163-1250: Catedral de Notre Dame, París, Francia. La estructura de piedra natural recurre a arbotantes para transmitir los empujes laterales de las bóvedas a los contrafuertes. Arquitectura Gótica Estructura abovedada (contrafuerte)
  • 38.
  • 39. Siglo XV: Filippo Brunelleschi desarrolló la teoría de la perspectiva lineal. Iglesia de San Lorenzo, Florencia Hospital de los Inocentes, Florencia
  • 40. Siglo XIII: Catedral de Florencia, Italia. Filippo Brunelleschi proyectó una cúpula de doble cáscara, apoyada sobre un tambor que permitiera su construcción sin necesidad de armar andamios desde el suelo Estructura nervada
  • 41. La ingeniosa solución sin que fuesen necesarias cimbras de madera que soportasen la estructura durante el desarrollo. Estructura nervada Una doble cúpula, exterior e interior, de perfiles apuntados, de modo que existiese un espacio vacío entre ambas, siempre constante y con un sistema de vigas de refuerzo que se extienden horizontalmente entre los nervios.
  • 42. La cúpula interior posee un total de 24 nervios construidos en ladrillo que reciben las descargas de la estructura, dividiendo el peso de su carga y llevándolo hasta el tambor. Recoge el empuje de la cúpula externa, mientras ésta aleja de la humedad, al tiempo que sus ocho nervios visibles al exterior carecen de verdadera función estructural. Con todo ello se reduce el peso del conjunto y se posibilita la existencia de una galería interna entre ambas cúpulas que conduce hasta la linterna.
  • 43. 1506-1615: Donato Bramante, Miguel Ángel y Giacomo della Porta, basílica de San Pedro, Roma, Italia. Hasta hace poco, la iglesia más grande jamás construida, con una superficie de 23.000 m2. Estructura abovedada y nervada
  • 44.
  • 45. En fecha tan temprana como el siglo VI, las arcadas principales de Santa Sofía de Constantinopla incorporaban barras de hierro a modo de tirantes. Durante la Edad Media y el Renacimiento, el hierro se utilizó tanto en elementos decorativos como estructurales, conectores y tirantes, para reforzar las estructuras de fábrica. Sin embargo, no fue hasta el siglo XVIII cuando los nuevos métodos de fabricación permitieron forjar y colar hierro en grandes cantidades para ser utilizado como material para las estructuras de las estaciones de ferrocarril, mercados y otros edificios públicos. La masa de los muros y columnas de piedra sirve de transición a la ligereza de los pórticos de hierro.
  • 46.
  • 47. 1638: Galileo Galilei publicó su primer libro, Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias, refiriéndose estas dos ciencias a la resistencia de los materiales y el movimiento de los objetos. La obra se dividía en la edición de 1638 en cuatro jornadas.
  • 48. Las dos primeras tratan de la estructura de los materiales, y conforman la exposición de la "ciencia nueva" que hoy llamamos estática. La tercera se ocupa del movimiento uniforme y uniformemente acelerado de los cuerpos, y la cuarta de la trayectoria de los proyectiles; en ambas se debate la segunda "ciencia nueva", hoy llamada dinámica
  • 49. 1687: Isaac Newton publicó Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que describe la gravitación universal y los tres principios de la dinámica, estableciendo los fundamentos de la mecánica clásica. Tres leyes de Newton. •Primera ley: Todos los cuerpos perseveran en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, salvo que se vean forzados a cambiar ese estado por fuerzas impresas. •Segunda ley: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza. •Tercera ley: Para toda acción hay siempre una reacción opuesta e igual. Las acciones recíprocas de dos cuerpos entre sí son siempre iguales y dirigidas hacia partes contrarias.
  • 50. 1653: Ahmad Lahauri, Taj Mahal, Agra, India. Este famoso mausoleo con cúpula de mármol blanco fue construido en memoria de Mumtaz Mahai, esposa del emperador mogol Shah Jahan Estructura abovedada (arcos)
  • 51. 1797: William Strutt, molino de lino Ditherington, Shrewsbury, Reino Unido. El primer edificio del mundo construido con una estructura de pilares y vigas de fundición.
  • 52. Es el primer edificio con estructura de hierro del mundo. Como tal, es visto como el primer rascacielos del mundo, descrito como "el abuelo de los rascacielos", a pesar de ser tan alto como un edificio moderno de cinco pisos. Su importancia se reconoció oficialmente en la década de 1950.
  • 53. Finales del siglo XVIII y comienzos del XIX: La Revolución Industrial introdujo cambios fundamentales en la agricultura, la manufactura y el transporte que alteraron el clima socioeconómico y cultural en Reino Unido y el resto del mundo. Incremento en el tamaño de los edificios dedicados a usos industriales, residenciales y otros servicios. 1777-1779: T. M. Pritchard, puente de hierro, Coalbrookdale, Reino Unido
  • 54. 1779: Bry Higgins patentó un cemento hidráulico para revestimientos exteriores. Cemento hidráulico, llamado estuco, para uso en acabados exteriores
  • 55. 1801: Thomas Young estudió la elasticidad y puso su nombre al módulo elástico. Es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.
  • 56. Young realizó estudios de materiales proponiendo una medida de la rigidez de diferentes materiales conocida en la actualidad como el módulo de Young. Diagrama tensión - deformación. El módulo de Young viene representado por la tangente a la curva en cada punto. Para materiales como el acero resulta aproximadamente constante dentro del límite elástico.
  • 57. 1824: Joseph Aspdin patentó la fabricación del cemento pórtland
  • 58. 1851: John Paxton, Crystal Palace, Londres, Reino Unido. Construida en el Hyde Park, en Londres, con motivo de la Gran Exposición mundial. Su planta, formado por la nave principal y galerías longitudinales, medía 563,25 m x 124,35 m. Estructura modular
  • 59. Crystal Palace, constituye una auténtica síntesis arquitectónica de la Revolución Industrial se utiliza el hierro y el vidrio a gran escala, con una lógica aditiva modular, realizando la estandarización de componentes propia del nuevo sistema productivo industrial. Estructura modular
  • 61. La era moderna en la fabricación de acero comenzó en 1856, cuando Henry Bessemer describió un proceso para producir acero a gran escala y con un precio relativamente bajo.
  • 62. 1867: Joseph Monier patentó el hormigón armado. Animado por su buena acogida, no tardó en proponer el empleo de su sistema para otro tipo de obras, como puentes de mediana luz e incluso edificios. Estas construcciones pueden considerarse de hormigón armado, aunque en rigor la disposición de las armaduras no era del todo racional, pues Monier, huérfano de formación, había desarrollado su sistema de forma totalmente empírica.
  • 63. La disposición de los hierros, más o menos apropiada para las paredes de los depósitos y las losas, en los elementos estructurales más complejos se complicaba sin llegar a ser coherente con los esfuerzos que estos debían soportar. 1868: William Barlow, estación de St. Pancras, Londres, Reino Unido. Estructura de arco triangulado atirantado por debajo del nivel del suelo para resistir los empujes laterales.
  • 64. Estructura de arco triangulado atirantado por debajo del nivel del suelo para resistir los empujes laterales. St. Pancras, Londres, Reino Unido
  • 65. Estructura de arco triangulado atirantado
  • 66. 1884: William Le Baron Jenney, edificio de la Home Insurance, Chicago, Estados Unidos. Este entramado de acero y fundición de diez plantas de altura soporta la mayor parte del peso de los pisos y los muros exteriores. Fue ampliada posteriormente a doce plantas en 1890 El primer edificio alto o primer rascacielos de la historia.
  • 67. 1889: Gustave Eiffel, torre Eiffel, París, Francia. La torre reemplazó al monumento a Washington como estructura más alta del mundo, título que mantuvo hasta la construcción del edificio Chrysler de Nueva York en 1930. Exposición Universal de 1889
  • 68. El hierro pudelado (hierro forjado) de la Torre Eiffel pesa 7.300 toneladas, y la adición de ascensores, tiendas y antenas han llevado el peso total de la construcción hasta aproximadamente las 10.100 toneladas
  • 69. 1881: Charles Louis Stroebel estandarizó los perfiles de acero forjado y las conexiones roblonadas
  • 70. Conexiones 1896: Pabellón Rotonda diseñado por Vladímir Shukhov para la Exposición Rusa de Artes y Actividades Industriales celebrada en Nizhny Novgorod, Rusia. La primera estructura tensada de acero del mundo.
  • 71. 1903: Elzner & Anderson, edificio Ingalls, Cincinnati (Ohio), Estados Unidos. Primer edificio de oficinas de gran altura de hormigón armado. 15 pisos Paredes de ocho pulgadas [200 mm] Acero consiste simplemente de barras embebidas en el hormigón, con los extremos entrelazado…
  • 72. 1922: Walter Bauerfeld, planetario, Jena, Alemania. Primer registro de una cúpula geodésica contemporánea, a partir de un icosaedro. Domos
  • 73. 442,9 m 1931: Shreve, Lamb & Harmon, Empire State,Nueva York, Estados Unidos. Edificio más alto del mundo hasta 1972.
  • 74. Ha sido muy influyente en la utilización posterior del hormigón para cubrir grandes espacios públicos 1913: Max Berg, Jahrhunderthalle, Breslau, Alemania. Esta estructura de hormigón armado, con una cúpula de 65 m de diámetro
  • 75. Con la llegada de aceros de alta calidad y de la técnicas informáticas de análisis de estructuras, las estructuras de acero se han vuelto más ligeras y las conexiones más refinadas, permitiendo un amplio abanico de formas estructurales.
  • 76. 1903: Alexander Graham Bell experimentó con las formas estructurales tridimensionales, que posteriormente dieron lugar a las mallas espaciales de Richard Buckminster Fuller, Max Mengeringhausen y Konrad Wachsmann Semioctaedro en malla espacial con nudo (Nuclos)
  • 77. Alexander Graham Bell contribuyó al desarrollo de esa tipología de estructuras ya que, hacia 1900, trabajaba con formas tetraédricas para conseguir la mayor resistencia con el menor peso, aplicado al ámbito de la ingeniería aeronáutica.
  • 78. 1928: Eugène Freyssinet inventó el hormigón pretensado. “..Nací constructor. Era para mi tanto una necesidad ineludible como una fuente inagotable de felicidad imponer al material en bruto esas formas y estructuras que surgían de mi imaginación…”
  • 79. 1943-1959: Frank Lloyd Wright, Guggenheim Museum, Nueva York, Estados Unidos
  • 80.
  • 81.
  • 82. 1960: Pier Luigi Nervi, Palacio de los Deportes, Roma, Italia. Cúpula nervada de 100 m de diámetro de hormigón armado, construida para los Juegos Olímpicos de 1960.
  • 83. Cúpula nervada Palacio de los Deportes, Roma
  • 84. 1961: Kenzo Tange, estadio olímpico, Tokio, Japón. La mayor estructura colgada del mundo cuando se construyó, los cables de acero están suspendidos de dos pilares de hormigón armado
  • 85. 1972: Frei Otto, piscina olímpica, Múnich, Alemania. Los cables de acero se combinan con membranas textiles para crear una estructura extremadamente ligera que cubre grandes luces
  • 86. El aumento del precio del petróleo estimuló la investigación en fuentes alternativas de energía, y fomentó que la conservación de la energía se convirtiera en un elemento fundamental del proyecto arquitectónico.
  • 87. 1973: Jørn Utzon, ópera de Sídney, Australia. Las icónicas cáscaras de esta estructura están construidas con nervios de hormigón prefabricado moldeados in situ.
  • 88. 1998: César Pelli, torres Petronas, Kuala Lumpur, Malasia. Edificios más altos del mundo hasta la construcción en 2004 del Taipéi 101 2004: C. Y. Lee & Partners, Taipei 101, Taiwan. Estructura de entramado de hormigón y acero, utiliza un amortiguador de masas. Comenzado en 2004: Adrian Smith & SOM, Burj Dubai, Emiratos Árabes Unidos. Edificio más alto del mundo, completado en 2009. 762 m 609 m 457 m
  • 91. 163 pisosBurj Dubai, Emiratos Árabes Unidos