Una descripción general de los metales arquitectónicos y los tratamientos superficiales avanzados

Después de que un terremoto en 1989 destruyera la integridad estructural del Museo Conmemorativo MH de Young en San Francisco, los arquitectos Jacques Herzog y Pierre de Meuron fueron encargados de rediseñar el edificio. Una de las ideas fue el desarrollo de un exterior de pantalla perforada de forma variable que reflejaría el follaje verde de la copa de los árboles en el cercano Golden Gate Park. Los ingenieros y especialistas en software de A. Zahner desarrollaron un sistema para crear patrones únicos de perforación y hoyuelos para crear la proyección, que se puede ver en este dosel que cubre el café al aire libre del museo. Esta fue la primera iteración de lo que A. Zahner llamó el Proceso Algorítmico Relacional Interpretativo de Zahner, o el Proceso ZIRA.

La belleza del metal a menudo se oculta en la construcción comercial. En la mayoría de los casos, nadie realmente se da cuenta del acero estructural que proporciona el sistema esquelético para algunas de las obras arquitectónicas más impresionantes registradas.

Sin embargo, ese no es siempre el caso. Muchos arquitectos y artistas se están dando cuenta del impacto que el metal puede tener no solo como una característica funcional en el diseño de edificios, sino también como decorativa. A nadie le gusta lo soso y aburrido, y el metal arquitectónico es una forma de agregar emoción visual a un proyecto de construcción.

Bill Zahner, presidente y director ejecutivo de A. Zahner Co., literalmente escribió los libros sobre superficies metálicas (superficies de acero, superficies de cobre, latón y bronce, superficies de aluminio, superficies de acero inoxidable y superficies de zinc). Fundada por el bisabuelo de Bill en 1897, A. Zahner Co. comenzó con los metales arquitectónicos haciendo cornisas para nuevos edificios comerciales que se levantaban en pequeños pueblos al oeste del Mississippi. La empresa comenzó en Joplin, Mo., pero luego se mudó a Kansas City, Mo., donde se encuentra hoy. A. Zahner tiene dos plantas, una en Kansas City y la otra en Grand Prairie, Texas, y cuenta con unos 60 ingenieros y 100 empleados de fabricación que trabajan para crear productos de metal que se envían a todo el mundo.

"Trabajamos por todas partes", dijo Zahner. "Tenemos trabajo en marcha en Miami, Phoenix y Nueva York. En este momento, uno de nuestros proyectos más importantes es la restauración de la capilla de la Academia de la Fuerza Aérea en Colorado Springs".

La Capilla de Cadetes de la Academia de la Fuerza Aérea de EE. UU. es bien conocida incluso para aquellos que no pertenecen a los círculos de arquitectos. La capilla, construida en 1962, tiene 17 torres que alcanzan alturas de 150 pies. En 2004, se le otorgó el estatus de Monumento Histórico Nacional de EE. UU.

Durante el proyecto de restauración, se construyó una estructura cerrada temporal alrededor de la capilla para proteger el interior del edificio a medida que se retiran y reemplazan las secciones de aluminio utilizadas como parte de la construcción original. (El diseño original del edificio requería una intrincada red de canaletas de lluvia, originalmente planeadas para incluirse debajo de los paneles exteriores de aluminio del edificio. Sin embargo, las canaletas se desecharon debido a restricciones presupuestarias. Como resultado, la capilla solo tenía masilla entre los paneles de aluminio Los paneles de aluminio existentes se están eliminando para permitir la instalación de un nuevo sistema de paneles que coincida con la estética original, pero con una mejora significativa características de rendimiento que los paneles más antiguos que se están reemplazando).

Zahner dijo que, como subcontratista del proyecto, la empresa tuvo que identificar la aleación específica utilizada en la construcción de la capilla en la década de 1960 y hacer que se moldeara especialmente para que pudiera extruirse y desplegarse para que coincidiera con los paneles que salían de la capilla. El objetivo es restaurar los paneles, pero sin las filtraciones.

"Nuestra reputación es que podemos asumir desafíos en proyectos muy complejos y ayudar al diseñador a lograrlos para el cliente", dijo Zahner.

El trabajo de A. Zahner es un muy buen ejemplo de algunas de las tendencias de superficies metálicas que se utilizan en el metal arquitectónico.

"Mientras viajas por el mundo, estoy seguro de que ves estos edificios antiguos en lugares como Copenhague, Londres y Frankfort, y las viejas superficies de cobre oxidado suelen ser las más identificables e interesantes", dijo Zahner. "Bueno, puedes hacer algo similar con acero inoxidable".

FIGURA 1. Una capa de óxido de cromo espesada sobre acero inoxidable ayuda a producir el color visible al ojo humano. Esto se puede ver en los paneles utilizados en el exterior del Museo de Ciencia e Industria en Tampa, Fla. A. Zahner tiene un equipo dedicado a desarrollar paletas personalizadas de nuevos colores y acabados para varios metales, que la compañía llama Zahner Surfaces. línea de producto.

Una forma de introducir la coloración en el acero inoxidable es a través de un proceso desarrollado en la década de 1970 por Inco Ltd., una empresa minera canadiense y el principal productor mundial de níquel durante gran parte del siglo XX. Los baños de ácido químico desarrollan una capa espesa de óxido de cromo en la superficie del acero inoxidable, y esta capa ayuda a producir el color visible para el ojo humano.

El fenómeno detrás de la creación del color se llama interferencia de película delgada, que se ha convertido en coloración de interferencia. La capa engrosada de óxido de cromo ayuda a influir en el color a medida que la luz pasa a través de ella, golpea la superficie del metal y se refleja hacia el espectador. Piense en la luz del sol brillando sobre un charco de aceite de motor y agua en el camino de entrada y el efecto arcoíris que a veces se produce. En esa situación, parte de la luz se refleja en la capa superior de aceite, parte es refractada por esa capa y luego reflejada por la capa de agua debajo del aceite, y luego la luz se refracta nuevamente a medida que pasa a través de la capa de aceite. aceite. La luz reflejada en el charco muestra un arco iris porque la luz contiene todos los componentes de todas las longitudes de onda y la condición no está controlada. Cuando se controla el proceso electroquímico para introducir posteriormente el óxido de cromo, se pueden introducir colores específicos. No se utilizan pigmentos, tintas o tintes para crear el color.

Uno de los primeros proyectos importantes que utilizó este tipo de coloración de interferencia fue el edificio Team Disney en Anaheim, California, diseñado por Frank Gehry e inaugurado en 1995. A éste le siguió pronto el Museo de Ciencia e Industria (MOSI) en Tampa, Florida. ., completado en el mismo año.

Esos paneles azules son triangulares, lo que aumenta el interés visual (consulte la Figura 1). A. Zahner y Antoine Predock, arquitecto del proyecto MOSI, trabajaron juntos para desarrollar el sistema de paneles triangulados en un intento por contrarrestar la renuencia del metal a curvarse en dos direcciones a la vez, lo que era necesario para cubrir la forma esférica de la cúpula del edificio.

"Hoy, sales y se ve exactamente como cuando se hizo por primera vez a principios de la década de 1990. Es esta hermosa joya", dijo Zahner.

La coloración de interferencia solo puede ofrecer colores primarios. La coloración por deposición física de vapor (PVD), el segundo método principal para producir color en acero inoxidable, puede producir una paleta más variada.

El proceso de PVD implica la aplicación de un recubrimiento que se vaporiza y se aplica a una superficie metálica calentada en una cámara de vacío. El vapor de metal ionizado, cuando se une a la superficie del metal, crea una capa de unas pocas moléculas de espesor. El resultado es una superficie que difiere de las propiedades del metal original y que es más protectora que el recubrimiento en polvo, la galvanoplastia o la anodización.

La adición de un nitrato de titanio al proceso de PVD da como resultado un color dorado. El carburo de titanio ayuda a producir un negro profundo. En ambos ejemplos, el acabado posee color, a diferencia de la coloración de interferencia. (Cabe señalar que la delgadez del revestimiento de PVD permite que la luz lo atraviese y se refleje en la superficie del metal, lo que genera cierta interferencia de luz). Otros colores que se pueden producir mediante el proceso de PVD son el bronce, el azul y el rojo. púrpura.

Todo el mundo en la industria metalúrgica sabe lo que es COR-TEN. Es más o menos lo que piensas cuando alguien menciona "acero resistente a la intemperie".

Desarrollado por primera vez por US Steel Corp. en la década de 1930 para la construcción de vagones utilizados para transportar mineral de hierro y carbón, COR-TEN desde entonces se ha comercializado como una aleación de acero resistente a la corrosión para aplicaciones de arquitectura y arte, pero no se limita a esas áreas. COR-TEN y otros aceros resistentes a la intemperie tienen algunos elementos, sobre todo cobre, que interactúan y crean una barrera de óxido distintiva sobre la superficie. A medida que crece este oxihidróxido férrico, el metal base adquiere resistencia a la corrosión. Una vez que se desarrolla la capa de óxido, los cambios adicionales en el material de la superficie ocurren lentamente en la mayoría de los entornos ambientales. El acero resistente a la intemperie produce un acabado en tonos tierra que lo convierte en una opción popular para edificios que buscan integrarse en un entorno natural.

FIGURA 2. El exterior del Centro de Ciencias de Amherst College, Amherst, Massachusetts, es un ejemplo del aspecto antiguo que se puede lograr sin tener que esperar a que la naturaleza haga lo que quiera.

El problema que A. Zahner reconoció es que los arquitectos y diseñadores pueden sentirse realmente frustrados esperando que ocurra la corrosión y produzca el acabado superficial esperado. Ahí es donde la pretemperación puede ayudar.

"Esa es una de las cosas que estamos haciendo con nuestra planta en Texas", dijo Zahner. "Tomamos la aleación COR-TEN y la desgastamos. Lo que estamos tratando de hacer es llegar al punto en que el oxihidróxido férrico se desangre y se convierta en un oxihidróxido férrico mucho más estable".

En A. Zahner, el preenvejecimiento significa tomar COR-TEN y otros aceros de alta resistencia y baja aleación para la intemperie y exponer las superficies metálicas a un agente oxidante, y luego seguir con una serie de ciclos de humectación y secado. La compañía cree que sus procesos previos a la intemperie pueden ayudar a que la superficie de estos materiales alcance el oxihidróxido oscuro y rico que adquiriría al envejecer naturalmente en los elementos.

Un ejemplo de este tipo de meteorización previa es el Centro de Ciencias de Amherst College (ver Figura 2). Las secciones de acero soldadas y formadas fueron chorreadas para limpiar a fondo y preparar la superficie para el tratamiento de oxidación inicial. Una vez secas, las superficies fueron tratadas con un electrolito fuerte que es un agente reductor, que inicia el proceso de oxidación. Cuando hubo evidencia de corrosión, la superficie se enjuagó con agua desionizada y se dejó secar. Los tratamientos posteriores de humedecer el metal y dejar que se seque dan como resultado un óxido espeso y oscuro en la superficie del metal.

Cualquiera puede hacer perforaciones. A. Zahner fue el primero en usar esa máquina perforadora para perforar una imagen (ver Figura 3).

"Fuimos los primeros en acercarnos a tomar una imagen y convertirla a lenguaje de máquina", dijo Zahner. "Así que empezamos a jugar con el control de las perforaciones en la superficie usando el punzón, pero luego empezamos a pensar: '¿Cómo podemos engañar a la máquina para que no perfore, sino que golpee el material para crear diferentes formas de crear texturas?'".

Lo que comenzó con la perforación precisa de agujeros de diferentes tamaños para replicar una imagen en varios paneles de metal pronto se convirtió en algo mucho más complejo. Zahner dijo que el Museo Conmemorativo MH de Young en San Francisco es un buen ejemplo de esto (ver Figura 4).

El museo, inaugurado por primera vez en 1895, sufrió graves daños tras el terremoto de Loma Prieta de 1989. Los arquitectos suizos Jacques Herzog y Pierre de Meuron fueron seleccionados a fines de la década de 1990 para rediseñar el edificio.

A Herzog y de Meuron se les ocurrió la idea de un exterior de pantalla perforada para imitar la copa de los árboles del cercano Golden Gate Park. El dúo trabajó con los ingenieros y especialistas en software de A. Zahner para desarrollar una forma de crear perforaciones únicas y patrones de hoyuelos que replicarían los patrones de luz que se ven a través de los árboles.

El trabajo era inmenso. Un poco más de 1,1 millones de libras. de cobre se utilizaron para el trabajo. Eso se traduce en aproximadamente una lámina de cobre que tendría 1 m de ancho por 21,6 millas de largo.

FIGURA 3. Los paneles de metal perforado ImageWall de A. Zahner brindan a los arquitectos la capacidad de crear diseños de paredes elaborados para lugares como vestíbulos, fachadas de estacionamientos o espacios exteriores divididos. En esta instalación particular en un edificio de oficinas en Ottawa, Canadá, se usaron 1563 pies cuadrados de paneles de aluminio perforados personalizados y subestructura asociada para crear arte mural que muestra el viaje a lo largo del río Ottawa junto a la cercana Parliament Hill.

En términos de fabricaciones, el edificio y su torre representaron 1,7 millones de perforaciones y 1,5 millones de protuberancias en la superficie, incluidos cuatro niveles de relieves y cuatro niveles de formas exteriores.

Es probable que la próxima evolución de los paneles texturizados se apoye más en la robótica, según Zahner.

“Si miras el Centro Bloomberg en Nueva York, por ejemplo, cortamos parcialmente el metal y luego usamos un robot para doblarlo selectivamente”, dijo. (La Figura 5 muestra una pared exterior del Centro Bloomberg en el campus Roosevelt de Cornell Tech en la ciudad de Nueva York).

Eso es solo una parte de lo que está pasando en A. Zahner para el mundo del metal arquitectónico, pero refuerza el hecho de que el metal es fácil de pasar por alto cuando se trata de hacer una declaración. Durante demasiado tiempo, a la gente le parecía bien usar simplemente pintura para proteger la superficie o crear interés visual en la superficie metálica. Ese no tiene que ser el caso.

Zahner dijo que A. Zahner seguirá buscando en la robótica para entregar formas texturizadas al metal que serían casi imposibles de lograr manualmente. También mencionó que surgirán nano-recubrimientos que brindarán protección al material y le darán al metal un acabado más predecible con el tiempo.