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Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería en Obras Civiles
TORRE EIFFEL, PARÍS
Estructura y métodos de construcción
Javier Flores Cristián Galeas Francisco Vega
Profesor encargado: Esteban Jamett Quezada
Santiago – Chile 2014
Índice de contenidos
Resumen .......................................................................................................................... 3
Introducción ..................................................................................................................... 4
Historia de la Torre Eiffel – El comienzo de una nueva era tecnológica ...................... 5
Nacimiento y construcción de la torre ........................................................................ 5
Debates y polémicas sobre la torre Eiffel ................................................................... 6
El laboratorio de la torre ................................................................................................. 8
La torre Eiffel y la historia de las transmisiones........................................................ 9
Primera conexión telegráfica sin hilos por Eugène Ducretet .................................... 9
La TSH salva la torre .................................................................................................... 9
Experimento de telegrafía sin hilos ............................................................................ 9
Los primeros programas de radio ............................................................................ 10
Los inicios de la televisión ........................................................................................ 10
La torre creció con el progreso de la televisión....................................................... 10
Los ascensores de la torre Eiffel .................................................................................. 10
Un prototipo único ..................................................................................................... 11
El mecanismo de funcionamiento ............................................................................. 11
Los ascensores al momento de la construcción ..................................................... 12
Los ascensores en la actualidad ............................................................................... 12
Restauración de los ascensores en la actualidad ................................................... 13
La pintura de la torre y protección de la torre ............................................................. 13
Una obra gigantesca, que garantiza la durabilidad de la torre ............................... 14
Tecnología y desarrollo sustentable ............................................................................ 16
Estructura de la torre Eiffel ........................................................................................... 17
Características generales .......................................................................................... 17
Sistema de fundaciones de la torre Eiffel – Método constructivo y análisis técnico.
..................................................................................................................................... 18
Montaje de la estructura metálica ............................................................................. 24
Conclusiones ................................................................................................................. 29
Bibliografía ..................................................................................................................... 31
3
Resumen
La torre Eiffel, que inicialmente sería bautizada como la torre de 300 metros, es una estructura de hierro pudelado diseñada por los ingenieros Maurice Koechlin, Émile Nouguier y Gustave Eiffel, junto a sus colaboradores, en conmemoración del primer centenario de la Revolución Francesa, llevándose a cabo en la Exposición Universal de 1889 en París.
Se encuentra ubicada en el Campo de Marte, a orillas del río Sena, siendo
patrimonio perenne de la capital parisina. Esta cuenta con tres plantas, edificadas sobre un complejo sistema de fundaciones, cuyo sobrecimiento está revestido de albañilería, donde la primera tiene una altura sobre la base de 57 metros, la segunda, 115 metros y la tercera, 276 metros, finalizando en la cima con 300 metros. Cada planta posee una superficie de 4200, 1650 y 350 metros cuadrados, respectivamente.
Además, adquiere una forma esbelta hacia la cima, describiendo una “A”, a suerte
de simbolizar el inicio de una nueva era de desarrollos científicos y tecnológicos.
Por otra parte, la construcción de la torre se presentó como un gran desafío al
equipo de ingenieros, obligándolo a establecer las bases de diseño y los criterios de
evaluación de riesgo, que permitieron sentar las bases de las diversas disciplinas de las
ciencias y la ingeniería civil desarrolladas en la actualidad.
4
Introducción
El presente informe especifica cada uno de los métodos y criterios que se llevaron
a cabo para la construcción de la torre. Este determina los procedimientos de cada una de
las etapas de la construcción, como también, los análisis técnicos pertinentes.
El presente informe está destinado a mostrar las aplicaciones y criterios utilizados
de las disciplinas ingenieriles como la metalurgia, la geotecnia y el análisis estructural,
solo en base a la experiencia descrita por el equipo de ingenieros de aquella época,
excluyendo, tanto los modelos de mecánica de suelos y metalúrgicos desarrollados en la
actualidad.
El presente informe permite establecer las bases del análisis estructural posterior,
en relación a la elaboración de modelos de representación de la forma de la torre,
analizando la factibilidad de la optimización de recursos, entre otros.
El presente informe se basa en las especificaciones técnicas realizadas por el
equipo de ingenieros, como también, permite describir el actual estado de la obra y sus
procedimientos de mantención.
5
Historia de la Torre Eiffel – El comienzo de una nueva era tecnológica
La construcción de la Torre Eiffel tuvo como objetivo central, la celebración del
primer centenario de la Revolución Francesa, acontecimiento histórico que forjó durante
estos primeros cien años de república constitucional, un avance político, social,
económico, tecnológico y cultural. Desde su puesta en servicio, la torre ha servido de
monumento que identifica y honra al pueblo francés, mostrando su gran destreza en el
desarrollo de las diversas disciplinas ingenieriles como: la geotecnia, el análisis estructural
y la ciencia de los materiales de construcción.
Dicho anteriormente, la torre fue construida para ser exhibida en la Exposición
Internacional de 1889, con celebración del centésimo aniversario de la revolución,
proyectada solo para permanecer en pie durante 20 años, luego debía ser desmontada.
En un primer instante, la torre se emplazaría en la ciudad de Barcelona, cuyo
proyecto fue rechazado debido a su alto costo de construcción, como también, por ser
considerada de bajo valor estético. Muy parecida fue la reacción de los ciudadanos
parisinos, en particular, de los artistas por la construcción del monumento. En efecto,
temían que la torre no respetara el canon arquitectónico de la urbe, subestimando el
hecho de que terminaría siendo un símbolo de individualidad y belleza que describiría a la
época. Al momento de saber los planes de la ciudad en erigir la construcción, circulaba
una petición que declaraba el rechazo al proyecto, puesto que era necesario mantener la
belleza y armonía de París. La petición fue firmada solo por 300 personas. A pesar de
todas las críticas y protestas que circundaban en torno a la torre, el proyecto siguió
adelante y tuvo como resultado dar vida a una de las maravillas tecnológicas más
sobresalientes de la ingeniería civil y las ciencias.
Nacimiento y construcción de la torre
Con motivo de la Exposición Universal de 1889, fecha que marcaba el centenario de la Revolución Francesa, se publicó un gran concurso en el Boletín Oficial francés. La apuesta consistía en estudiar la posibilidad de levantar sobre el Campo de Marte una torre de hierro, con una base cuadrada, con 125 metros de lado y 300 metros de alto. Entre los 107 proyectos presentados, se aceptó el de Gustave Eiffel, empresario, Maurice Koechlin y Emile Nouguier, ingenieros y Stephen Sauvestre, arquitecto1.
Las primeras excavaciones se realizaron el día 28 enero 1887. El día 31 marzo 1889 finalizó la construcción de la torre en un tiempo récord, solo tomando una totalidad de 2 años, 2 meses y 5 días, considerándose una auténtica hazaña técnica. Los tres ingenieros principales de la empresa Eiffel, Émile Nouguier y Maurice Koechlin, en junio 1884 tuvieron la idea de una torre muy alta, diseñada como un gran pilar con 4 columnas separadas en la base a modo de patas que se unían en la parte superior, unidas entre sí por vigas metálicas dispuestas en intervalos regulares2.
1 (Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
2 (Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
6
Por una parte, la compañía de ingenieros ya había dominado perfectamente el
principio de los soportes de puentes, debido a su connotada experiencia. Por
consiguiente, el proyecto de la torre era una extensión de este principio con una altura de
300 metros, es decir, el equivalente a la cifra simbólica de 1000 pies de los soportes de un
puente. El 18 de septiembre de 1884 Eiffel patentó un nuevo diseño que permitía construir
soportes y postes metálicos capaces de alcanzar una altura superior a 300 metros.
Para que el proyecto adquiriera la aceptación de la opinión pública, Nouguier y Koechlin solicitaron la ayuda del arquitecto Stephen Sauvestre, con el fin de trabajar en su apariencia3.
El arquitecto propuso pedestales en las patas recubiertos con mampostería, arcos
monumentales para unir las columnas y en el primer nivel, grandes salas acristaladas en
cada planta, un diseño en forma de bulbo alcanzando la cima y otros ornamentos para
adornar la estructura en su conjunto.
Por último, el proyecto se simplificó, pero se conservaron determinados elementos
como los grandes arcos de la base, que contribuyen a darle su aspecto tan característico.
Debates y polémicas sobre la torre Eiffel
Previo al término del proyecto, este resultó ser centro neurálgico de todos los debates en pos del respeto estético a la urbe. Esta obra fue ridiculizada por las críticas de grandes nombres del mundo de las letras y las artes, aunque la torre supo sobreponerse ante sus detractores. Es durante la jornada del 14 febrero de 1887 donde las faenes son iniciadas, acompañadas de fuertes amonestaciones4.
Después de la publicación de diversos panfletos o artículos durante todo el año 1886, las obras no habían hecho más que comenzar cuando el 14 de febrero 1887 tuvo lugar la protesta de los artistas.
Esta fue publicada en el periódico Le Temps como "Protesta contra la torre del Sr.
Eiffel", dirigida especialmente al Sr. Alphand, director de obras de la Exposición. Esta fue
firmada por algunos grandes nombres del mundo de las letras y las artes: Charles
Gounod, Guy de Maupassant, Alexandre Dumas, François Coppée, Leconte de Lisle,
Sully Prudhomme, William Bouguereau, Ernest Meissonier, Victorien Sardou, Charles
Garnier y otros a quienes la posteridad ha favorecido menos.
Algunos panfletistas más osados manifestaron esta violenta diatriba, señalando: "trágica lámpara de calle" (Léon Bloy); "esqueleto de atalaya" (Paul Verlaine); "mástil de hierro de aparejos duros, inconclusos, confusos, deformes" (François Coppée); "pirámide alta y flaca de escalas de hierro, esqueleto gigante falto de gracia, cuya base parece hecha para llevar un monumento formidable de Cíclopes, aborto de un ridículo y delgado perfil de chimenea de fábrica" (Maupassant) ; "un tubo de fábrica en construcción, un armazón que espera ser cubierto por piedras o ladrillos, esta alambrera infundibuliforme, este supositorio acribillado de hoyos" (Joris-Karl Huysmans)5.
3 (Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
4 (Eiffel, 1889)
5 Citados en (Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour
Eiffel, 2010)
7
Sin embargo, las polémicas declinaron una vez terminada la construcción de la torre, ante la presencia inimaginable de la obra acabada y el inmenso éxito adquirido. Se cuenta que recibió dos millones de visitantes durante la exposición de 1889. En el siguiente fragmento, es posible detallar las críticas hacia la torre:
"Nosotros, escritores, pintores, escultores, arquitectos, apasionados aficionados por la belleza de París hasta ahora intacta, venimos a protestar con todas nuestras fuerzas, con toda nuestra indignación, en nombre del gusto francés anónimo, en nombre del arte y de la historia francesa amenazadas, contra la erección en pleno corazón de nuestra capital, de la inútil y monstruosa torre Eiffel, a la que la picaresca pública, a menudo poseedora de sentido común y espíritu de justicia, ya ha bautizado con el nombre de Torre de Babel. (...) ¿La ciudad de París va a relacionar los más antiguos edificios barrocos con las mercantiles imaginaciones de un constructor de máquinas, para afearse irreparablemente y deshonrarse? (...).
Para hacerse una idea de lo que adelantamos, basta además imaginarse una torre vertiginosamente ridícula dominando París, así como una negra y gran chimenea de una fábrica, aplastante con su enorme masa. (...) todos nuestros monumentos humillados, toda nuestra arquitectura venida a menos, desapareciendo entre ese sueño asombroso.
Y durante veinte años veremos alargarse sobre toda la ciudad, todavía
estremecida por el genio de tantos siglos, como una mancha de tinta, la odiosa sombra de
la odiosa columna de hierro forjado”6.
Por consiguiente Eiffel responde a la protesta de los artistas en una entrevista concedida al Temps el día 14 febrero 1887 que resume su doctrina artística de la siguiente manera:
“Creo, por mi parte, que la torre tendrá su belleza propia. ¿Porque nosotros somos
ingenieros, creen ustedes que la belleza no nos preocupa en nuestras construcciones y
que incluso al mismo tiempo que hacemos algo sólido y perdurable no nos esforzamos
por hacerlo elegante? ¿Es que las auténticas condiciones de la fuerza no son siempre
compatibles con las condiciones secretas de la armonía? (...) Ahora bien, ¿cuál es la
condición que yo he tenido en cuenta en lo relativo a la torre? La resistencia al viento.
¡Pues bien! Pretendo que las curvas de los cuatro pilares de la torre del monumento tales
como el cálculo las ha determinado (...) Darán una gran impresión de fuerza y
belleza; pues traducirán a las miradas la audacia de la concepción en su conjunto, del
mismo modo que los numerosos vacíos presentes en los propios elementos de la
construcción acusarán fuertemente la constante preocupación de no entregarse
inútilmente a las violencias de las tormentas en las superficies peligrosas para la
estabilidad del edificio. Además, hay una atracción en lo colosal y un encanto propio a los
que no se pueden aplicar las teorías de arte normales"7.
6 (Eiffel, 1889)
7 (Eiffel, 1889)
8
El laboratorio de la torre
La torre debía ser desmantelada una vez cumpliendo 20 años de vida útil. Por lo que, para remediar esta situación, Eiffel tuvo la brillante idea de utilizar la torre como centro de pruebas y experimentos científicos. Desde la presentación del proyecto en 1886, Gustave Eiffel sabía que solo si le otorgaba una vocación científica, esta podía soslayar las críticas de sus detractores y prolongar su tiempo de servicio8.
En un principio, debía ser desmontada al comienzo de su vigésimo año. Por ello,
se especificó que la torre tenía por objetivo facilitar las observaciones meteorológicas y
astronómicas, encauzar experimentos de física, servir de lugar estratégico de
observación, puesto de comunicación por telégrafo óptico, faro para el alumbrado
eléctrico y estudios del viento. Eiffel indicó: "Para todos será un observatorio y un
laboratorio como ningún otro que se haya puesto a disposición de la ciencia. Razón por la
cual, desde el primer día, todos nuestros científicos me han animado con sus mayores
simpatías"9. De hecho, desde 1889, la torre se utiliza como laboratorio de mediciones y
experimentos científicos. En ella se instalaron numerosos instrumentos de medición como
barómetros, anemómetros, pararrayos, psicrómetros, entre otros. Adicionalmente, el
mismo Eiffel se reservó una oficina en la tercera planta para realizar observaciones de
astronomía y fisiología.
Justo el día después de la inauguración de la torre, Gustave Eiffel instaló en la
tercera planta un laboratorio meteorológico. Se reconocía como un apasionado de la
aerodinámica, llevando a cabo una serie de observaciones sobre la caída de los cuerpos,
instalando entre los años 1903 y 1905 dispositivos de caída. Por ello, ideó "un sistema
automático que se deslizaba por un cable tendido entre la segunda planta de la torre y el
suelo". Por otra parte, construyó un pequeño túnel de viento a los pies de la torre. Entre el
mes de agosto 1909 y el mes de diciembre 1911, realizó cinco mil ensayos. Asimismo,
Eiffel promovió en su torre numerosos experimentos científicos, entre ellos y el más
connotado el péndulo de Foucault, el manómetro de mercurio, estudios de fisiología y
conexiones de radio durante 1898. Finalmente su función como antena gigante es lo que
la salvaría de su destrucción10.
8 (Eiffel, 1889)
9 (Eiffel, 1889)
10 (Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
9
La torre Eiffel y la historia de las transmisiones
Eiffel sabía que solo la utilidad científica de la torre podría prolongar su periodo de
vida. Por ello, permitió la realización de numerosos experimentos científicos entre ellos
observaciones meteorológicas, astronómicas, físicas, resistencia al aire. Por consiguiente,
logró salvar su torre ofreciéndola como gigantesca antena de apoyo para transmisiones
inalámbricas11.
Primera conexión telegráfica sin hilos por Eugène Ducretet
El 5 noviembre 1898, Eugène Ducretet realiza los primeros intentos de telegrafía
sin hilo entre la Torre Eiffel y el Panteón a una distancia de 4 km. El transmisor se instaló
en la cima de la torre. En 1899, las ondas atravesaron por primera vez el Canal de la
Mancha12.
La TSH salva la torre
En 1903, Eiffel, como un apasionado amante de los experimentos científicos, todavía estaba buscando un medio para salvar la torre cuya concesión por el municipio de París terminaría 6 años más tarde. Por lo que propone al capitán Gustave Ferrié, entonces encargado de estudiar las aplicaciones militares de la TSH (transmisión sin hilos), que utilice la torre para sus ensayos. Financió esta operación, que permitió una transmisión y recepción de 400 km de distancia. La dirección del cuerpo de ingenieros militares autorizó al capitán Ferrié a colocar unas antenas en la torre. Él se instaló en una barraca de madera junto al pilar Sur. Luego, en 1909, se instaló una estación subterránea de radiotelegrafía militar. En la que se demostró el interés estratégico de la torre, permitiendo que el municipio parisino renovara la concesión de Eiffel el día 1 enero 1910.
Experimento de telegrafía sin hilos
En 1913, la torre envió telegramas, usando ondas eléctricas hasta América, como también a naves que estaban haciendo la travesía en un radio de 6.000 km.
En 1914, durante la Batalla del Marne, la estación radiotelegráfica de la torre tuvo conocimiento de que el general Von Marwitz, comandante del flanco derecho del ejército alemán, tenía problemas administrativos y, por consecuencia, había detenido su avance. Esta información crucial permitió al comandante francés organizar un contra ataque victorioso cuya operación fue denominada “Los taxis del Marne”. Gracias a la estación de la torre, se descifraron importantes radiotelegramas enemigos, a veces ocultos bajo una apariencia comercial en las emisiones de los países neutrales. Se desenmascararon espías, entre ellos Mata Hari13.
11
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010) 12
(Eiffel, 1889) 13
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
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Los primeros programas de radio
A partir de 1921, un transmisor civil, al principio a modo experimental, difunde programas de música, crónicas y finalmente el "Journal Parlé" desde 1925, captado por aficionados en simples puestos de galena. La Radio Tour - Eiffel era muy conocida entre los parisinos de la época. Se organizaron programas experimentales y se invitó a artistas como Sacha Guiltry e Yvonne Printemps.
Los inicios de la televisión
En 1935, se creó un estudio de televisión en Rue de Grenelle y el transmisor de la torre comenzó a funcionar. De las 60 líneas al principio de la instalación, se pasó a una alta definición con 180 líneas.
El 2 junio 1953, gracias al transmisor de la torre, la televisión retransmitió en directo a toda Francia los festejos de la coronación de la reina de Inglaterra. Dando nacimiento al programa de eventos Eurovisión14.
La torre creció con el progreso de la televisión
En 1957, se instalaron antenas parabólicas de difusión en directo que permitían garantizar la emisión de tres cadenas de televisión en 819 líneas, así como la emisora de radio con modulación de frecuencia. La nueva antena hizo que la Torre Eiffel alcanzase una altura de 320,75 metros.
En el 2000, la nueva antena de UHF (Ultra High Frecuence) trajo consigo una modificación de la altura de la torre, alcanzando a medir 324 m. En 2010, se realizaron obras considerables en los equipos de TDF (Télédiffusion de France) para preparar el terreno de la televisión digital en île de France.
Los ascensores de la torre Eiffel
Desde la ceremonia de apertura de la Torre Eiffel para la Exposición Universal de 1889, los visitantes pueden acceder a las plantas del monumento tomando unos ascensores. Esta fue una auténtica proeza técnica para la época, ya que nunca antes se habían abordado las dificultades de tales alturas y cargas, mucho menos, se había pensado en establecer mecanismos de transporte de pasajeros en altura. Por ello, los ascensores ofrecen a los visitantes, la posibilidad de ascender con total seguridad para admirar toda la urbe.
Si bien hoy el ascensor que parece tener un mecanismo trivial, para la época, fue un desafío incuestionable. Actualmente, dos de los ascensores originales todavía siguen en funcionamiento. Estos se encuentran perfectamente conservados, lo que indica que este ha de ser un magnífico patrimonio que describe al genio visionario de Eiffel15.
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(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010) 15
(Eiffel, 1889)
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Un prototipo único
Desde 1899, estos ascensores son de un mecanismo sin precedente en el mundo. No son, precisamente, ascensores de funcionamiento tradicional, como tampoco se podrían considerar de funcionamiento funicular. Estos no pueden ser clasificados en ninguna categoría y no se corresponden con ningún referente actual. Por lo tanto, estas maquinarias con más de un siglo de funcionamiento, deben ser adaptadas a las normativas de seguridad vigentes. Debiendo ser sustituidas las cabinas, la carretilla que transporta cada cabina, el riel de la carretilla de cada cabina, el sistema hidráulico y el sistema de control de comandos. Adicionalmente, la modernización tiene por objeto mejorar el rendimiento de estos equipos históricos y de optimizar sus condiciones de mantenimiento.
El mecanismo de funcionamiento
La cabina de pasajeros es transportada por una carretilla fijada a unos cables y se mantiene nivelada mediante un sistema de enderezamiento. Bajo el suelo, un circuito hidráulico pone en movimiento 2 pistones que generan los movimientos horizontales de una carretilla. La carretilla, mediante un sistema de poleas, arrastra los cables que tiran de la cabina, con suavidad, transportándola hasta lo alto, recorriendo así 128 metros de distancia entre la planta baja y la segunda planta.
Hasta 1986, los pistones funcionaban mediante un circuito hidráulico, alimentado a través de tres grandes acumuladores de unas 200 toneladas cada uno, que también garantizaban las reservas de agua a presión de 40 a 60 bares, aproximadamente, como también función de contrapeso. Desde 1986, unos motores hidráulicos con aceite a alta presión tomaron el testigo para generar el movimiento de la carretilla que mueve el pistón, mientras que dos de los tres grandes acumuladores originales hoy sólo tienen una función de contrapeso. En el siguiente esquema es posible observar tal afirmación16.
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
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(Eiffel, 1889)
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Los ascensores al momento de la construcción
Entre la planta baja y la segunda planta, los cuatro pilares estaban equipados con una o dos cabinas. En junio 1889, empezaron a funcionar cinco ascensores hidráulicos para transportar a los visitantes, lo que posteriormente, Eiffel se preocuparía en actualizar la tecnología inicial de estos medios de ascenso con motivo de la Expo Universal de 1900.
"Edoux", consistente en una máquina hidráulica única en el mundo. La cabina superior estaba impulsada por un pistón hidráulico con un recorrido de 81 metros, mientras que la cabina inferior hacía de contrapeso. Por ello, a mitad de recorrido, había que cambiar de cabina cruzando una pasarela, que permitía admirar la vista de París17.
En los pilares Norte y Sur se habían puesto en funcionamiento ascensores "Otis" que se desmontaron en 1910 y en los pilares Este y Oeste, los ascensores que se comunicaban con la primera planta fueron instalados por la empresa francesa “Roux”, “Combaluzier et Lepage18”. Sin embargo, como resultaron poco eficientes, en 1899 fueron sustituidos por ascensores hidráulicos construidos por Fives-Lile. Desde entonces, siempre han estado en funcionamiento, actualmente se les ha realizado una restauración inédita.
Los ascensores en la actualidad
De la planta baja a la segunda planta hay 3 ascensores, correspondientes a los pilares Norte, Este y Oeste disponibles para los visitantes. Otro ascensor reservado exclusivamente para el restaurante Jules Verne, en el pilar Sur. Y otro ascensor cuyo propósito es ser de servicio y/o montacargas, también situado en el pilar Sur de la torre.
De la segunda planta a la cima, existen 2 cabinas dobles con 2 baterías. Para
efecto de posibles fallas, los ascensores y elementos fundamentales del monumento, son sometidos a duras pruebas19.
Por otra parte, la distancia recorrida por las cabinas al año equivale a dos veces y media la circunferencia de la Tierra, es decir, considera más de 103.000 kilómetros. Por ello, las cabinas son revisadas, engrasadas y reparadas continuamente, como también los sistemas eléctricos, informáticos y maquinarias que los accionan.
Los ascensores son controlados permanentemente por técnicos del monumento,
que son puestos en marcha por la mañana temprano, antes del ingreso de los visitantes. Además, supervisan de cerca su funcionamiento durante todo el horario de apertura al público, garantizando su correcto manejo.
Excepcionalmente, la maquinaria de los ascensores históricos se abre al público en determinadas Jornadas Europeas del Patrimonio.
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(Eiffel, 1889) 18
(Eiffel, 1889) 19
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
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Restauración de los ascensores en la actualidad
Iniciados en octubre 2008, los trabajos de restauración en el ascensor Oeste finalizaron en junio 2011. Por el momento, se está realizando la misma restauración en el ascensor de la columna Este. La pintura de la torre y protección de la torre
Las campañas de pintura son acontecimientos importantes en la vida del monumento y, como todo lo relacionado con la torre, es revestido de un carácter verdaderamente mítico: durabilidad de una obra de arte conocida en el mundo entero, color del monumento símbolo del paisaje parisino, proeza técnica de los pintores insensibles al vértigo20.
Construida en hierro pudelado, la torre está protegida contra la oxidación con varias capas de pintura, garantía de su durabilidad. En 1900, en la obra de Gustave Eiffel se describió: "Debemos insistir en la importancia de la pintura en la conservación de una obra metálica y de que cuanto más meticuloso sea el trabajo de pintura, mayor será su vida útil21”.
Desde su construcción, la torre se ha pintado diecinueve veces, es decir, una vez cada siete años. Por otra parte, el color de la estructura de hierro se degrada de manera intencional, buscando tonalidades más claras, con el fin de acentuar el punto de fuga.
Desde 1968 luce el "marrón Torre Eiffel" parecido al bronce, un color especialmente diseñado para ella y de uso exclusivo. Este color se degrada en tres tonalidades, de la más clara en la cima a la más oscura en la base, cuyo fin es garantizar una percepción uniforme del color sobre el cielo de París, otorgándole un aspecto esbelto en altura. Empero, la torre ha cambiado de color en reiteradas oportunidades, pasando del ocre con tonalidades amarillas en 1899 al marrón-rojizo, en la década de 1950. En la siguiente imagen es posible observar tal cambio.
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
20
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010) 21
(Eiffel, 1889)
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Los siguientes antecedentes presentan algunas cifras importantes para estimar la camapaña de pintura22.
2250.000 metros cuadrados de superficie a pintar. 25 pintores, todos especialistas en trabajos de carpintería metálica en altura y en
postes, totalmente insensibles al vértigo. 60 toneladas de pintura. Se calculan aproximadamente 15 toneladas de pintura erosionada entre dos
campañas. 50 kilómetros de líneas de vida (cuerdas de seguridad). 2 hectáreas de redes de seguridad. 1.500 brochas. 1.500 monos de trabajo. 5.000 discos de lija. 1.000 espátulas para rascar. 1.000 pares de guantes de cuero. Presupuesto: aproximadamente 4 millones de euros. Duración: aproximadamente 18 meses, sin cerrar el monumento al público en
ningún momento.
Una obra gigantesca, que garantiza la durabilidad de la torre
La estructura de la torre está construida en base a hierro pudelado23, material cuya longevidad permite mantenerla estable, siempre teniendo en cuenta que debe ser pintada con regularidad. Por ello, existen varios agentes que ponen peligro su funcionamiento como el proceso de oxidación, la contaminación inherente a la urbe, las defecaciones de los pájaros, entre otros factores.
Para revestir a la estructura se requiere del trabajo de 5 pintores que decapan, limpian, aplican el antioxidante y la pintura de acabado hasta una altura de 300 metros.
Cabe destacar que los pintores, incluso en la actualidad, trabajan con métodos tradicionales utilizados durante la época de Gustave Eiffel, siendo aplicados de forma manual. Esto descarta el uso de pinturas en aerosoles completamente. Últimamente, se propicia a revisiones completas, que consideren la aplicación de esmaltes que satisfagan las normativas medioambientales. Por otra parte, cada campaña pasa a ser la ocasión ideal para comprobar minuciosamente el estado de la estructura y de remplazar, si fuera necesario, pequeñas piezas metálicas corroídas.
En relación a la pintura aplicada en los años 2002 y 2009, corresponde a una fórmula sin pigmentos de plomo, sustituido por el fosfato de cinc como agente anticorrosivo, que resulta ser mucho más resistente a la contaminación atmosférica. Además, se realizaron unas pruebas de pintura con compuestos orgánicos volátiles y casi sin disolvente durante la campaña de 2009 a fin de cumplir las normas medio ambientales mundiales que se impondrían después de 2012.
22
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010) 23
Un tipo de hierro de estructura fibrosa obtenido mediante mezclado en su fase líquida. Esta técnica permite evitar que el carbono y las impurezas del metal se adhieran a su estructura cristalográfica.
15
Desarrollo de una campaña de pintura24
Una condición previa: los equipos de seguridad Antes de que los pintores intervengan, unos especialistas en tratamientos de edificios de gran altura, colocan previamente las redes de seguridad y las líneas de vida.
Las líneas de vida Los pintores se encuentran equipados con un arnés para trabajar en las vigas de la torre y su seguridad está garantizada en las mejores condiciones gracias a la instalación sistemática de los cables de sostenimiento, que les permiten desplazarse con un punto de anclaje permanente.
Las redes de seguridad
Se instalan redes de seguridad para asegurar las zonas de trabajo, en especial, procurando evitar la caída de objetos y atrapar los desconchones de pintura. Por ello, por vez primera durante el 2009, se equipan con un sistema antigoteo, consistente de la ubicación de mallas a base de polímeros.
La seguridad de las herramientas
Todas las herramientas utilizadas se atan al cinturón o las muñecas de los pintores, incluidos los botes de pintura y las brochas.
El trabajo de los pintores: evaluar, decapar, limpiar y aplicar la pintura
La envergadura y la complejidad del trabajo suponen una metodología rigurosa que incluye una fase preparatoria en busca de las zonas más corroídas, que en general, corresponden aproximadamente al 5% de la superficie total de las estructuras. Después se procede a lijar dichas zonas, continuando con la aplicación de una primera capa de impregnación antioxidante, seguida de una segunda aplicación de refuerzo. Por último, se aplica una capa de pintura de acabado. Para el resto de la estructura, se realiza una limpieza a vapor de alta presión en todas las zonas sin presencia de corrosión, finalizando con la aplicación de 2 capas de pintura. Periódicamente, especialistas en pintura anticorrosión se encargan de controlar la calidad del trabajo realizado, incluso en las zonas de difícil acceso.
El transcurso de la campaña
Con 15 meses de trabajo efectivo, la campaña dura aproximadamente 18 meses, teniendo en cuenta las interrupciones debido a las condiciones climáticas extremas durante el invierno, puesto que no se puede pintar sobre estructuras demasiado frías, mucho menos cuando se presenta baja adherencia de la pintura sobre estructuras húmedas.
24
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
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(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010) Tecnología y desarrollo sustentable
La torre como símbolo de su perpetua modernidad, debe rimar con la durabilidad y sustentabilidad. Por ello, la SETE (Empresa de Explotación de la Torre Eiffel) ha optado por una solución que, además, respete el patrimonio. Permite volver al principio de funcionamiento hidráulico con agua, que los ingenieros habían concebido inicialmente en 1899, reforzándolo con la introducción de un sistema de control automatizado. En conformidad con su política de desarrollo sostenible y para contribuir a limitar la huella medioambiental del monumento, la SETE ha optado por un principio de restauración que tiene varias ventajas: Un sistema más ecológico que alimentará con un fluido ecológico y reducirá significativamente la cantidad de agua consumida por el proceso de refrigerado, como también, encauzando a un sistema que utilice el mismo consumo eléctrico de 300 kw, para transportar hasta 110 pasajeros a una velocidad de 2 m/s, siendo en la actualidad solo puede transportar 9225.
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(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel, 2010)
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Estructura de la torre Eiffel
Características generales
Eiffel junto a su equipo de ingenieros, pensó en que la torre debía estar construida en hierro, puesto este es un material liviano en comparación al resto de los que se contaba en aquella época. Un ejemplo que él citaba fue el de la albañilería, señalándola como un método constructivo que requiere mucha experiencia por parte de los obreros, como también implica faenas muy demorosas y de difícil control de residuos, en especial, de los morteros de adherencia. Adicionalmente, es considerada una faena muy costosa para este tipo de proyecto26.
Por otra parte, Eiffel ya había tenido experiencia previa en la construcción de obras de acero, especialmente en puentes. El equipo de ingenieros indica que con este material es posible alcanzar mayores luces para los tramos, ajustándose a las necesidades del proyecto. Por otra parte, consideró, en base a sus proyectos anteriores27, que los elementos debían ser unidos usando el mismo acero, para entregar mayor solidez.
Eiffel la concibió como una estructura abierta, que reduce su sección transversal a
medida que alcanza la cima, dándole mayor ligereza y resistencia a las solicitaciones del viento28, particularmente.
A su vez, las cuatro columnas de la torre debían ser unidas a cada batería de
fundación. La unión de las columnas con el sistema de fundación, se realiza mediante anclajes sobresalientes a estas pilas. Estos anclajes emergen de cuatro encamisados de acero, que en su interior, contienen una mezcla de hormigón, con el fin de permitir un
control sostenido de las fundaciones29
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(Eiffel, 1889) 27
(Eiffel, 1889) 28
(Eiffel, 1889) 29
(Eiffel, 1889)
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Sistema de fundaciones de la torre Eiffel – Método constructivo y análisis técnico.
Para la construcción de la torre, se debe confiar en una base sólida profundamente
arraigada al suelo de fundación. Por ello, para proporcionar equilibrio y estabilidad a la
estructura frente a las solicitaciones del viento, particularmente, Gustave Eiffel estableció
su diseño en cuatro pilares fundamentales localizados en los cuatro puntos cardinales de
la zona, considerando excavaciones de 30 metros de profundidad, aproximadamente.
Donde dos de las baterías se encuentran en la parte más alejada del río Sena, es decir,
en los pilares Sur y Este.
Los pilares se montaron sobre en una capa de hormigón vertido en reposo con 2
metros de espesor, cuya base es una capa de arena y grava a una profundidad de 7
metros.
Los cortes realizados en el terreno se ejecutaron con picos y el material fue
transportado por carros tirados por caballos y maquinaria a vapor30.
La siguiente imagen indica la disposición del pilar Sur.
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour
Eiffel, 2010)
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(Eiffel, 1889)
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En la imagen, se puede que al interior de la base del pilar Sur, descansa el
sistema de funcionamiento mecánico y eléctrico de la torre, integrado por generadores,
máquinas, bombas hidráulicas y dínamos31. En particular, el diseño contempló que
aquella base del pilar Sur debía ser montada sobre suelo sin presencia de napa freática,
según la experiencia que había tenido el ingeniero en proyectos hidráulicos anteriores32.
Adicionalmente, los pilares de la torre se posaron en cajas de arena y gatos hidráulicos durante la construcción, de manera que en la etapa siguiente, el montaje de las vigas en la primera plataforma de la torre podría ser nivelado a un plano horizontal, resultando un paso crucial para asegurar una base segura para el resto de la estructura.
Por el contrario, las baterías ubicadas del lado del Sena, es decir, Norte y Oeste
presentaron mayores dificultades. Estas se debían a que la cercanía con el cauce del río determinaba por condición aluvial a las características del suelo de fundación, provocando mayores asentamientos al momento de ser solicitado por la presencia de alguna estructura.
Por lo tanto, fue necesario profundizar las excavaciones para controlar estos
asentamientos e infiltraciones eventuales. Por ello, Eiffel y su equipo, con su previa experiencia en la construcción de puentes metálicos, inventaron un método de vaciamiento por cajones de aire comprimido consistente en la instalación de encamisados de hierro de 6 metros de ancho y 15 metros de largo, que servirían para la ejecución de dos etapas. La primera consistía en verter hormigón al interior del encamisado, alcanzando un espesor de 2 metros, asegurando el funcionamiento del sistema de vaciado33. La segunda etapa consistía en que los excavadores, en la planta baja, retiraran el material, provocando que el encamisado de hierro se hundiera bajo su propio peso.
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(Eiffel, 1889) 32
(Eiffel, 1889) 33
(Eiffel, 1889)
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Las siguientes imágenes señalan cada compartimiento del encamisado de excavación.
(Eiffel, 1889)
(Eiffel, 1889)
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Para la extracción del material se utilizaron montacargas que descargaban en la parte superior de la fundación. Una vez que el asentamiento del encamisado fuera controlado, al encontrarse con una base sólida, el interior de la cámara se llena con hormigón para proporcionar apoyo a la fundación, evitando la infiltración del agua34.
Finalmente, para asegurar que la plataforma estuviese correctamente nivelada, se insertaron gatos hidráulicos en la base de estos pilares35, al igual que en los pilares Sur y Oeste.
Las siguientes imágenes de la época muestran el procedimiento de excavación
señalado anteriormente.
(Eiffel, 1889)
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(Eiffel, 1889) 35
(Eiffel, 1889)
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(Eiffel, 1889)
Por otra parte, cada pilar de la torre se compone de cuatro baterías soportantes.
En cada una de ellas, se insertaron 2 pernos de anclaje de 8 metros de largo y 10 cm de
diámetro, cuya disposición puede ser apreciada en las siguientes fotografías.
(OldSkull.Net, 2013)
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La imagen presentada acontinuación, corresponde a unplano de diseño de los
anclajes de fijación de las columnas de la torre a las bases respectivas. Este modelo se
reprodujo cuatro veces por columna.
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour Eiffel,
2010)
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Montaje de la estructura metálica
Un aspecto muy importante para el análisis de su estructura, es considerar que el material de construcción principal fue el hierro pudelado, que corresponde a un material fabricado durante el siglo XIX, cuyo comportamiento es distinto al del acero, de uso masivo en los procesos de construcción actuales. Este material es la clave que le otorga resistencia.
En el proceso de pudelado, las impurezas se queman fuera de los lingotes de
hierro a través de la ayuda de óxidos de hierro y una corriente de aire. El hierro purificado se recoge antes de ser exprimido y se forja. Este tipo de hierro forjado es capaz de aceptar revestimientos protectores, capaces de resistir la corrosión y la fatiga.36
El marco de la torre en su totalidad, pesa aproximadamente 8.050 toneladas, incluidas las sobrecargas, tales como ascensores y restaurantes, sumando un peso total de 11.130 toneladas37.
El diseño de la torre considera cuatro bases constituidas de cemento y albañilería,
que son colocadas en un ángulo exacto para que cada uno de los cuatro pilares curvos posea una inclinación hacia el interior de 54 °, maximizando la resistencia del viento38.
En la siguiente imagen es posible observar la inclinación señalada.
(OldSkull.Net, 2013)
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(YaleScientific, 2011) 37
(YaleScientific, 2011) 38
(Eiffel, 1889)
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El montaje de los pilares curvos de la torre comienza el 1 julio 1887 para terminar
veintiún meses más tarde. Todos los elementos que conformaron la estructura, fueron
preparados en la fábrica de Levallois-Perret39 cerca de París, sede de la empresa Eiffel.
Cada una de las 18.000 piezas que constituyen a la torre, fue diseñada y calculada
milimétricamente antes de ser trazada y ensamblada en matrices de unos 5 metros.
Durante la faena de ensamblado, entre 150 y 300 obreros, dirigidos por un equipo
de veteranos en grandes viaductos metálicos, se encargaron del montaje de esta colosal
obra.
Todas las piezas metálicas de la estructura unidas con remaches, método constructivo característico de la época. Provisoriamente, estas uniones se fijaron en su lugar con ayuda de bulones, remplazados posteriormente por remaches colocados en caliente, que al momento de ser enfriados, se contraen asegurando así la fijación entre las piezas. Además, cada elemento estructural de la torre fue unido a través de placas gusset40, que son placas del hierro pudelado que permiten la sujeción de los elementos diagonales de la estructura. En la siguiente imagen, se indican sus características de ensamblaje.
(Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour
Eiffel, 2010)
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(Eiffel, 1889) 40
(Eiffel, 1889)
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Por otra parte, se requirió del servicio de un equipo de cuatro hombres para colocar cada uno de estos remaches41, donde uno de ellos aplica calor a la pieza, uno la sujeta en su sitio, otro le da forma a la cabeza y el último lo golpea con un mazo. Sólo una tercera parte de los 2.500.000 remaches42 utilizados en la torre, se colocaron directamente sobre el terreno, puesto que debían asegurar las condiciones de ensamblado de las piezas.
En la siguiente figura, se puede observar el procedimiento empleado por los
remachadores.
(Eiffel, 1889)
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Pieza de sujeción fabricada en hierro dulce y casi exclusiva de los elementos de la carpintería original. El remache antes de su colocación estaba formado por un cuerpo cilíndrico y una cabeza semi-esférica. Después de ponerlo al rojo vivo en una fragua móvil, se introducía el cuerpo del remaches en los huecos practicados, es decir, en las piezas a ensamblar que se mantenían unidas, así como también se sujetaba la cabeza del remache con una herramienta especial y se aplastaba por el otro lado con calor y otras herramientas para formar una doble cabeza. Al enfriarse, el cuerpo del remache se contraía y las piezas a ensamblar quedaban fuertemente fijadas.
42 (Eiffel, 1889)
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La estructura de la torre se montó con ayuda de andamios de madera y pequeñas grúas a vapor fijadas a la misma torre43. El montaje de la primera planta se realizó con la ayuda de doce andamios provisionales de madera, de 30 metros de altura, y cuatro andamios más grandes de 45 metros, como se presentan en las siguientes imágenes.
(OldSkull.Net, 2013)
(OldSkull.Net, 2013)
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(Eiffel, 1889)
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Como se puede observar en las imágenes, estos andamios debieron ser nivelados de tal que no existiera diferencia en la posición de los arcos. Para tal objeto, se hizo uso de unos gatos hidráulicos, que fueron sustituidos por calzos fijos, que posteriormente permitieron regular la posición de la carpintería metálica con precisión milimétrica44.
La unión de las grandes vigas del primer nivel se completó el 7 diciembre 1887. Las piezas se izaron con ayuda de grúas a vapor que subían por la torre, a través de un mecanismo autotrepante, utilizando las correderas previstas para los ascensores45, que a medida que alcanzaba la cima, se orientaban de tal manera que una sirviera de contrapeso de la otra, mientras se montaba cada pieza, en virtud de resistir las fuertes presiones del viento46. En las siguientes imágenes se puede observar tal afirmación.
(Eiffel, 1889)
Finalmente, la temperatura y las condiciones del viento extremas proyectadas a futuro, no provocarían perturbación alguna en la estructura de la torre, puesto que los factores de seguridad utilizados en su diseño demasiado altos47. Sin embargo, el aumento de las temperaturas causado por el calentamiento global podría generar problemas para su integridad estructural en el futuro, debido a la expansión del hierro con el calentamiento.
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(Eiffel, 1889) 45
(Eiffel, 1889) 46
(Eiffel, 1889) 47
(YaleScientific, 2011)
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Conclusiones
La torre Eiffel está constituida, principalmente, por un sistema de reticulado estructural, en base a hierro pudelado. La base de la torre cuenta con cuatro pilares, cuya característica principal considera una mayor concentración de los travesaños, como también la disminución de su sección transversal a medida que alcanza la cima.
La disposición de los elementos estructurales en la torre, permite distinguir ventajas significativas al momento de evaluar la relación peso/ resistencia. Esto quiere decir que los elementos fabricados en el taller, pueden alcanzar grandes resistencias a pesos y dimensiones más pequeñas comparándolos con elementos que requieran de gran masividad para alcanzar las mismas, como el hormigón o la albañilería armada.
Sin embargo, se debe tener cuidado con estos elementos, debido a que sus dimensiones dependerán de las condiciones del taller y el transporte disponible, por una parte. Por otra, como estos elementos deben ser ensamblados para alcanzar las longitudes deseadas, es necesario diseñar y verificar estas uniones respecto a los esfuerzos producidos, en particular, verificando que estas no fallen por esfuerzos de corte y aplastamiento de las placas y remaches utilizados.
La torre, en base a la relación peso/ resistencia anteriormente descrita, puede ser considerada como una estructura liviana en comparación a otras, construidas en base a materiales de mayor masividad. Sin embargo, la estructura no puede mantener su monolitismo, debido a la necesidad de la presencia de elementos de unión.
Por otra parte, la estructura de la torre está expuesta a dos grandes solicitaciones, una de ellas, corresponde a la carga distribuida por el viento en todas las direcciones posibles. Las deformaciones y desplazamientos laterales provocados por estas solicitaciones son controlados a través de la disposición de las cuatro columnas y la concentración de los travesaños en cada uno de sus niveles, disminuyendo sus efectos a medida que aumenta su altura. Esto se debe a su forma esbelta. La otra solicitación a considerar es la variación de la temperatura durante el transcurso del año, especialmente, en época estival. Estas solicitaciones son controladas a través de la composición y método de fabricación del hierro pudelado, considerándolo un material de gran pureza, sin aleaciones que puedan afectar su comportamiento mecánico.
A su vez, el diseño de la estructura de la torre Eiffel, está basado en el comportamiento elástico lineal del material puesto en servicio. El diseño que yace en este tipo de comportamiento, permite la elaboración de modelos estructurales sencillos de trabajar. Sin embargo, el diseño no permite aprovechar todas las cualidades del material, debido a que no alcanzará su resistencia última. Cabe destacar que en aquella época, no se contaba con modelos matemáticos y estructurales adecuados para llevar a cabo un proceso de optimización.
Empero, no es posible saber si la reproducción de los procedimientos de diseño actuales, podrían dar fruto a una obra de tal envergadura, resistiendo a las solicitaciones indicadas.
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En base a las fundaciones de la estructura, estas se encuentran emplazadas bajo suelo en estado aluvial con presencia del nivel freático, producto de la cercanía al río. En consecuencia, los asentamientos provocados por la estructura metálica son controlados a través de la aislación de los cimientos con respecto al nivel freático, haciendo uso de un sistema de depresión del nivel de la fundación, basado en la excavación al interior de las cajas metálicas instaladas sobre el terreno desnudo, cuyo funcionamiento se realiza a base de aire comprimido.
Este sistema permite establecer un nivel controlado de la cota. El procedimiento
del control de la fundación, se debe, fundamentalmente, a la experiencia del equipo de ingenieros en proyectos de obras de arte. Particularmente, ellos debieron enfrentarse a este problema de control de asentamientos en el diseño de puentes metálicos, como también durante la etapa de construcción.
Finalmente, los ingenieros y constructores de aquella época basaron sus criterios,
principalmente, en la experiencia de sus diseños y métodos constructivos realizados con anterioridad, como también siguieron perpetuando y mejorando un legado, que por siglos llama al ser humano a encontrar vías de pronta solución, optimizando los escasos recursos presentes, motivados por la necesidad que le
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Bibliografía
Eiffel, Gustave. 1889. La Tour de trois cents mètres. París : s.n., 1889.
OldSkull.Net. 2013. OldSkull.Net. [En línea] 2013. http://www.oldskull.net/2013/11/20-
fotos-de-la-construccion-de-la-torre-eiffel/.
Sociedad para la administración de la torre Eiffel (Société d'exploitation de la tour
Eiffel, SETE). 2010. La Tour Eiffel. [En línea] 2010. http://www.toureiffel.paris/es/todo-
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YaleScientific. 2011. YaleScientific. [En línea] 12 de 05 de 2011.
http://www.yalescientific.org/2011/05/secrets-of-the-eiffel-tower/.
