Las escaleras helicoidales a menudo se diseñan para ser espectaculares puntos focales de los espacios arquitectónicos que están destinados a impresionar. Pero incluso en comparación con sus llamativos compañeros, esta escalera desarrollada por Webb Yates Engineers y The Stonemasonry Company es inusualmente audaz. Desarrollado para un diseño residencial de RAL Architects en Formby, Reino Unido, cada peldaño de la escalera helicoidal de dos pisos y 4.6 metros de diámetro está compuesto por un bloque de piedra individual, dando una impresión de ingravidez a medida que la estructura rodea su camino a través del atrio del edificio hacia el techo acristalado arriba. Por sus esfuerzos, Webb Yates recientemente ganó el Premio a Pequeños Proyectos en los Premios Estructurales 2016 de la Institución de Ingenieros Estructurales, cuyos jueces dijeron que estaban "sorprendidos por la gracia y la audacia" del diseño. Sigue leyendo para averiguar cómo Webb Yates logró esta hazaña de ingeniería.
La clave para lograr el diseño fueron dos cables de acero de 12,9 milímetros que corren por el centro de las escaleras. Después de que todos los escalones de piedra estaban en su lugar, estos cables fueron post-tensionados a una carga de 150 kilonewtons. Sin embargo, aunque esto pueda sonar como una simple respuesta, la verdad es todo menos eso: "Las escaleras rectas de piedra postensadas son un diseño común, con su análisis estructural similar al de vigas o losas de hormigón postensado, un método de construcción que es bien documentado y codificado", explica Webb Yates en un comunicado de prensa.
"Post-tensionar una escalera de piedra para recorrer 320 grados es un problema mucho más complicado y requiere un completo modelado en 3D y el análisis de la piedra, así como una comprensión completa de los principios estructurales en acción. Los esfuerzos a los que las piedras fueron sometidas eran demasiado complicados para analizar con modelos simples de elementos finitos en 1D o 2D así que un modelo 3D completo fue construido usando codificación de Rhino y Grasshopper para generar la forma compleja de cada banda de rodadura y las juntas de mortero. La escalera trabaja a torsión y flexión simultáneamente y las juntas son propensas a agrietamiento o deslizamiento si la resistencia a la fricción no es lo suficientemente alta. Además de esto, la resistencia del material utilizado es dependiente de la dirección por lo que determinar la exacta alineación y naturaleza de cada esfuerzo es muy importante."
Para disminuir la carga vertical en las escaleras, y simultáneamente hacer que parezca más esbelta y graciosa, los peldaños fueron perfilados para ser más delgados en los bordes, con una espina más gruesa que corre hacia el centro. Esto disminuyó el peso de las escaleras (a sólo 150 kilogramos por peldaño) y dirigió la mayor parte de la carga a través de la columna vertebral central, donde se encuentran los cables de postensado.
Con el fin de asegurar el éxito del diseño, Webb Yates incluso construyó un modelo al 70% del tamaño real, recorriendo a través de un giro de 180 grados, que luego fue probado hasta su destrucción. Como lo pusieron en su comunicado de prensa, "con el fin de impulsar el diseño ingenieril, en la medida de lo posible, necesitamos probar la piedra a sus límites".
Una vez que el diseño fue establecido, The Stonemasonry Company cortó las plantillas de la escalera desde un CAD 2D en 4 semanas. La instalación in situ de las escaleras tomó 8 semanas, incluyendo la construcción y remoción de la pared temporal de bloques que sostuvo la piedra en su lugar hasta el postensado.
Para Webb Yates, la construcción de las escaleras en piedra sólida era más que un simple ejercicio para llevar la ingeniería a sus límites. Si la estructura se hubiera creado en acero o concreto, sostienen, la energía encarnada de la escalera sería mucho más alta, convirtiendo la piedra en la opción ecológica. Y, aunque puede haber sido posible construir la escalera en otro material y revestirla de piedra, esto habría requerido costos mucho más altos en corte de piedra y mucho más tiempo en el sitio, haciendo un diseño de piedra sólida era la opción económica también.
