Scott Foresman Ciencias

Género
No ficción
Destreza de
comprensión
Causa y efecto
Características
del texto
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Glosario
Contenido
de ciencias
Formas de
la energía
Ciencias Scott Foresman 5.13
ISBN 0-328-17351-7
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Vocabulario
Vocabulario adicional
aceleración
equilibrio
fuerza
inercia
máquina
potencia
trabajo
velocidad
arquitecto
cimientos
compresión
concreto reforzado
molde
pilote
planos
tensión
topógrafo
zapata
Picture Credits
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¿Qué aprendiste?
1. Describe el papel de un arquitecto y el de un
ingeniero en la construcción de un edificio
nuevo.
2. ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de
por Barbara Fierman
la madera como material de construcción?
3. ¿Por qué se refuerzan con acero los edificios
hechos de concreto?
4.
El concreto se considera
uno de los materiales de construcción más
fuertes. Describe en una hoja aparte por qué
se prefiere el concreto para muchos tipos de
construcción. Da ejemplos del libro que
apoyen tu respuesta.
5.
Causa y efecto Imagina que el suelo de
tu vecindario es suave. Se está construyendo
un edificio y las bases no son muy fuertes.
¿Qué predices que le va a pasar al edificio
con el tiempo?
Lo que ya sabes
Existen diferentes tipos de movimientos. La Tierra tiene
un movimiento uniforme, o constante, en su órbita alrededor
del Sol. Los vehículos en movimiento, como los carros,
autobuses y camiones tienen movimiento variable, ya que
pueden moverse en muchas direcciones y con mayor o
menor rapidez. Un péndulo tiene movimiento periódico al
balancearse hacia adelante y hacia atrás. Las ruedas tienen
movimiento circular cuando giran. Una cuerda de guitarra
tiene movimiento vibratorio cuando se toca.
La rapidez promedio es la distancia que recorre un objeto
en un tiempo dado. La velocidad describe la rapidez y la
dirección del movimiento de un objeto.
Una fuerza es una atracción o una repulsión
que actúa sobre un objeto. Las fuerzas
hacen que un objeto acelere, frene,
cambie de dirección o se detenga.
La gravedad, las fuerzas magnéticas
y las fuerzas eléctricas pueden actuar
entre los objetos aunque éstos no
estén en contacto. La magnitud de las
tres fuerzas aumentan a medida que
los objetos se acercan. El magnetismo
es una fuerza que atrae y repele
ciertos tipos de metales. Las fuerzas
eléctricas actúan sobre los objetos
que tienen cargas eléctricas.
Los edificios se deben construir
de forma tal que resistan muchas
fuerzas.
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El trabajo es la energía que se usa cuando una fuerza mueve
un objeto. La potencia es la velocidad a la que se realiza el
trabajo. Mientras más rápido se realiza el trabajo, mayor es la
potencia.
Cuando fuerzas iguales actúan en direcciones opuestas sobre
un objeto, las fuerzas se anulan. Esto se llama equilibrio.
La primera ley de Newton dice que a menos que una fuerza
neta actúe sobre un objeto, el objeto permanecerá en
movimiento uniforme. La tendencia de un objeto a resistir
cualquier cambio a su movimiento se llama inercia. La segunda
ley de Newton describe cómo se relacionan la aceleración, la
masa y la fuerza neta. La aceleración es la tasa a la que la
velocidad de un objeto cambia en el tiempo. La tercera ley de
Newton afirma que cuando un objeto ejerce fuerza sobre un
segundo objeto, el segundo objeto ejerce fuerza sobre el primero.
Una máquina es un dispositivo que cambia la dirección o la
cantidad de fuerza que se necesita para realizar trabajo. Entre las
máquinas simples se encuentran el eje y rueda, la polea, el plano
inclinado y la palanca.
Muchas fuerzas actúan
permanentemente sobre los
edificios. Los arquitectos y los
constructores deben entender
estas fuerzas para construir
edificios que sean seguros y
duraderos. Vamos a ver cómo
se hace esto.
3
Constructores
científicos
¿Alguna vez te has detenido a observar un edificio en
construcción en tu pueblo o ciudad? Pudo haber sido una
casa, un granero o un edificio de apartamentos en tu
vecindario. O pudo haber sido un hospital, una escuela o una
pista de hockey. ¿Qué te llamó más la atención del proceso de
construcción? ¿La gran cantidad de trabajadores, el inmenso
agujero que se estaba excavando o las grandes máquinas?
Construir un edificio es un proyecto complicado, que
involucra a muchos tipos de trabajadores, una f lota de
maquinarias y una gran variedad de materiales de
construcción. Si alguna vez observaste el proceso de
construcción sabes que exige el trabajo de muchas personas.
De lo que quizá no te des cuenta es de la cantidad de personas
involucradas en la etapa de planificación del proceso de
construcción.
Antes de que se construya un edificio, se debe medir o
revisar el terreno para encontrar la mejor ubicación.
4
Aunque algunos arquitectos planifican y
diseñan los edificios en papel, hoy en día
muchos hacen sus diseños en computadoras.
Los arquitectos diseñan un edificio mucho antes de que
los trabajadores de la construcción comiencen a excavar. Los
arquitectos determinan cómo debe lucir el edificio, así como
qué características especiales debe tener. Crean una serie de
dibujos del edificio llamados planos.
Los agrimensores determinan exactamente dónde se va
a construir el edificio. Después de que se despeja el terreno,
los agrimensores miden y marcan los sitios donde se van
a excavar los cimientos. Los ingenieros colaboran para que
se puedan tomar estas decisiones. Recolectan muestras del
suelo y las prueban para saber dónde el suelo o la roca son lo
suficientemente fuertes como para sostener el edificio. Los
ingenieros también contribuyen en la decisión de cuáles son
los mejores materiales. Deciden cómo se debe construir el
edificio de acuerdo con las leyes de construcción de la
ciudad o pueblo.
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Fuerzas
Los arquitectos e ingenieros deben ser precavidos con las
fuerzas naturales que pueden afectar un edificio. Entre estas
fuerzas naturales están la gravedad y el viento. La gravedad
atrae hacia el piso todo lo que hay en un edificio. Esto causa
presión sobre sus partes y sobre el suelo que está abajo.
El viento, los huracanes y los temblores de tierra también
ejercen fuerza sobre el edificio. Los vientos fuertes pueden
empujar y jalar una estructura. Las partes del edificio se
estiran, se aprietan o se f lexionan. La acción de estirarse se
llama tensión y la de apretarse se llama compresión. Los
ingenieros calculan con fórmulas matemáticas el total de
fuerza del viento que un edificio puede resistir.
Empujones y jalones
compresión
tensión
flexión
6
Si las fuerzas
no se anulan, la
tienda se cae.
compresión
tensión
En esta imagen, las flechas amarillas
representan fuerzas de compresión
y las rojas, fuerzas de tensión.
Un edificio debe ser capaz de soportar su peso y el
de todo lo que se encuentra dentro de él. Todo este peso
empuja hacia abajo a través del edificio, hasta que llega
al piso. Esto se llama carga.
Las fuerzas sobre un edificio deben anularse entre sí
o el edificio se caerá. Mira la imagen de la tienda arriba. La
gravedad empuja el mástil central hacia abajo con fuerza de
compresión. Si se quita el mástil, la tienda se cae. En cada
uno de los lados de la tienda hay tensión. Si uno de los lados
se soltara del piso, la tensión del otro lado halaría la carpa
hacia ese lado.
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Cimientos firmes
Los cimientos firmes permiten que un edificio se
sostenga solo y resista las fuerzas que lo jalan y lo empujan.
Los cimientos también dan al edificio un piso nivelado. El
tipo de cimientos depende del tipo de suelo o de roca en el
lugar de construcción.
Los científicos determinan si el piso está formado por
roca sólida, capas de diferentes rocas o tierra suave. Luego,
una excavadora extrae la tierra y las rocas del sitio donde se
van a construir los cimientos. Luego se vierte concreto para
crear los cimientos.
Un buldózer nivela el
piso antes de que se
viertan los cimientos.
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Los edificios son extremadamente pesados y necesitan bases fuertes para
sostenerse.
Cuando se construye un rascacielos, se construyen zapatas,
o soportes de concreto, en el suelo. Para hacer estas zapatas, se
deben excavar agujeros. Se ponen moldes de madera o metal
en los huecos y luego se vierte concreto adentro. Cuando el
concreto se seca, se quitan los moldes. Cuando el suelo se
congela, se expande, lo cual puede mover las zapatas. Por eso
se hacen muy profundas, mucho más profundas que la capa
del suelo que se congela en el invierno.
Los rascacielos también se pueden construir sobre soportes
de concreto anclados profundamente en la tierra, en el lecho
de roca. Se introducen largas columnas de acero o de concreto
llamadas pilotes en la tierra hasta que llegan a la roca sólida.
Cuando un edificio se construye sobre un suelo suave se
debe usar un tipo especial de base para que el peso del edificio
se distribuya en una superficie amplia. Una forma de hacer
esto es construyendo una loza enorme de concreto sobre la
cual descanse el edificio. Una torre en Pisa, Italia, se construyó
en un suelo suave sin bases adecuadas. Cuando el suelo bajo el
edificio se compactó, la torre comenzó a inclinarse hacia un
lado. El edificio se llama la Torre Inclinada de Pisa.
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Formas fuertes
Entre las formas importantes de la construcción están la
columna, el arco, la cúpula y el triángulo. Una columna es un
poste redondo y recto que sostiene las vigas de un edificio.
Las columnas se usaron en la construcción de antiguos
edificios, tales como el Partenón en Atenas, Grecia y en
construcciones más recientes, como el Monumento a Lincoln
en Washington D.C.
Un arco es una estructura curva que forma el borde
superior de un espacio abierto, como por ejemplo, una
ventana o una puerta. Para sostener el peso del material que
se encuentra encima, éste se distribuye hacia los lados.
Cuando los constructores necesitan cubrir un espacio abierto
como una puerta o ventana, ponen encima una viga llamada
dintel. Pero para los espacios muy grandes se necesitaban
vigas muy gruesas. Un arco es mucho más fuerte que un
dintel, así que los arcos se pueden construir más delgados y
pueden cubrir aberturas muy grandes.
Una cúpula es un techo curvo que forma un espacio
abierto muy grande. Actúa de manera similar a
muchos arcos dispuestos en círculo. Una cúpula
sostiene su propio peso, además de las cargas
ocasionadas por el viento, la lluvia, la nieve
o el hielo. Muchos capitolios estatales y el
Capitolio de Estados Unidos en
Washington D.C. tienen cúpulas.
El triángulo es una de las estructuras
domo
más fuertes y más estables de las
construcciones. El techo triangular es
sólido y sus ángulos permiten que la
lluvia y la nieve se deslicen, en lugar de
acumularse. De lo contrario, el
techo podría caerse debido a
tanto peso.
Fuerzas de la construcción
arco
Algunas formas son más fuertes que otras para la
construcción debido a la forma en que distribuyen la fuerza
columna
triángulo
columna
arco
10
cúpula
En el capitolio de Texas
hay muchas formas de
construcción.
triángulo
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Estructuras de piedra
La piedra es uno de los materiales de construcción que
más se usa. Se usa para paredes y escaleras en edificios y para
los soportes de los puentes. Como material de construcción,
la piedra es buena para la compresión. Esto significa que
puede resistir fuerzas que tratan de aplastarla. Las estructuras
de piedra deben diseñarse de manera tal que todas las partes
se mantengan juntas por el peso de la piedra.
Algunos de los puentes más antiguos de Europa fueron
construidos con piedra, como el Pont du Gard, en la imagen
abajo. Este puente cruza el río Gard en Francia. Se construyó
hace más de 2,000 años para llevar agua a la ciudad de
Nimes. Tiene 273 metros de longitud y 49 metros de altura.
La estructura se mantiene en su lugar únicamente debido al
peso de la piedra. No se usó mortero para construirla.
Las estructuras de piedra pueden durar miles de años.
Las pirámides de Egipto se construyeron hace miles de años
y aún existen. Las pirámides de Gizah, por ejemplo, tienen
más de 4,500 años de antigüedad.
Los tipos de piedras más usados en la
construcción son el granito, la piedra caliza,
la arenisca, el mármol y la pizarra. El granito
es un tipo de piedra resistente y dura, lo que
la hace un buen material de construcción.
Resiste muy bien la intemperie pero por su
dureza es difícil de cortar.
La piedra caliza y la arenisca se pueden
La intemperie puede
cortar con facilidad, pero la lluvia y el
desgastar la piedra
viento las desgastan con facilidad. El
caliza.
mármol es un tipo de piedra muy hermoso
que se utiliza para hacer monumentos. La pizarra se
convierte en lozas planas para hacer tejas y para el piso.
La piedra tiene una ventaja como material de
construcción: es resistente al fuego. En un edificio bien
construido, también puede ser resistente a los temblores
de tierra. Una de las desventajas es que se necesita mucho
tiempo para construir estructuras de piedra.
Después de 4,500 años,
estas pirámides siguen
siendo unas de las
estructuras de piedra más
grandes del mundo.
Los carros utilizan hoy en día el antiguo Pont du Gard.
12
13
Construir con ladrillos
Los ladrillos son otro ejemplo de material de construcción
resistente. Los ladrillos son duraderos y se producen
fácilmente en grandes cantidades. Normalmente se producen
en tamaños estándar lo que hace que sea más fácil trabajar con
ellos que con bloques de piedra, que pueden ser irregulares.
Al igual que la piedra, los ladrillos se compactan fuertemente.
Los ladrillos se han usado en la construcción durante
miles de años. En partes de África y Asia, donde el clima
es cálido y la madera es escasa, las casas se construían de
ladrillos. Los primeros ladrillos se hacían de arcilla o barro,
a los que se les daba forma de bloque y se secaban al sol.
En 1666, un gran incendio destruyó muchos de los
edificios de madera de Londres, Inglaterra. Luego, muchos
de los edificios que se construyeron después del incendio se
hicieron de ladrillo para que resistieran mejor el fuego. Los
indígenas americanos del suroeste de los Estados Unidos
construían sus casas con un tipo de ladrillo llamado adobe.
También en las ciudades se pavimentaron las calles con
ladrillos, hasta que en el siglo XX el concreto los reemplazó.
Hoy en día los ladrillos se fabrican de arcilla mezclada
con arena. Son moldeados a máquina y se cocinan en un
horno especial.
Los ladrillos de mayor calidad se usan en las paredes
internas y externas de los edificios, donde la apariencia es
importante. Estos ladrillos de fachada se fabrican con un
tipo especial de arcilla. Los ladrillos de menor calidad, que
pueden ser irregulares o tener defectos, se usan en áreas
donde no se ven. Se llaman ladrillos comunes y no reciben
tratamiento para darles color o textura especial.
Ladrillos
Los ladrillos se unen con
mortero. El mortero es una
mezcla de arena, agua y
cemento que se endurece.
Para crear una estructura
fuerte, los ladrillos de una
fila se ponen sobre los
espacios que separan los
ladrillos de la fila de abajo.
14
Muchos edificios en las ciudades están hechos de ladrillo.
15
Trabajar con madera
La madera es un material de construcción ligero
y fuerte. Es fácil cortarla y darle forma y a menudo es más
económica que otros materiales de construcción. En los
lugares donde abundan los árboles, las casas se pueden hacer
completamente de madera. En otras áreas las casas pueden
tener sólo el armazón de madera. Incluso las casas de piedra
o ladrillo pueden estar hechas en parte de madera.
Los primeros colonos de los Estados Unidos
construyeron cabañas de troncos, que estaban hechas
completamente de madera. Muchas de las piezas de estas
casas se unían con clavijas de madera. Los techos se hacían
con tablas y los pisos de troncos partidos por la mitad con el
lado plano hacia arriba.
Las casas de armazón de madera se han construido durante cientos
de años. Este tipo de construcción aún se usa hoy en día.
La madera es un material de construcción que tiene muchos usos.
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Existen muchos tipos de maderas útiles en la construcción.
Las casas se pueden hacer de abeto y pino. La madera de roble,
arce, nogal y abedul puede utilizarse para hacer detalles dentro
de la casa, como por ejemplo, escaleras, gabinetes y pisos.
El uso de la madera como material de construcción tiene
algunas desventajas. La madera no es un material tan fuerte
como la piedra. Cuando la madera se expone a la intemperie,
se puede pudrir. Hay insectos, como las termitas y las
hormigas carpinteras, que la destruyen. La madera también
se quema con más facilidad que otros materiales de
construcción.
17
Construcciones de acero
El acero es uno de los materiales más importantes en la
construcción de puentes y rascacielos. Los ingenieros diseñan
puentes de acuerdo con pautas específicas que tienen que ver
con las fuerzas de tensión y compresión.
Por ejemplo, el diseño de un puente de
suspensión se compone de una calzada
que cuelga en el aire sostenida por
cables. Los cables pasan por torres muy
altas y los extremos de los cables se
anclan en la tierra a ambos extremos del
puente. La mayor parte de la carga se
transfiere al suelo debajo de las torres.
Antiguamente, los cables del puente
se hacían de cadenas de hierro. Hoy en
día los cables están
compuestos por miles de
hilos de acero que se enrollan
juntos y se unen. El puente
Golden Gate en California es
un puente de suspensión.
puente Golden Gate
18
El primer puente que se construyó
principalmente de acero fue el puente
del Firth of Forth en Escocia y se
completó en 1890. Es uno de los
puentes voladizos más largos jamás
construido. En un puente voladizo se
reparten las cargas con un sistema de
soportes en ángulo. Para construir el
puente se utilizaron unas 54 mil
toneladas de acero. Es uno de los
puentes más resistentes que se han
construido, incluso los vientos más
fuertes apenas lo mueven.
Los rascacielos están construidos
de columnas de acero conectadas a
vigas horizontales de acero. Las vigas
y las columnas están unidas por
remaches y soldaduras. Sobre las
vigas se apoyan los pisos de concreto.
Construir edificios muy altos
no sería posible sin las vigas
de acero.
Puentes de acero
Los puentes voladizos soportan
la tensión y la compresión
gracias a vigas de acero. A través
de un patrón de triángulos
se crea una estructura
extremadamente fuerte. Los
puentes de suspensión sostienen
la calzada en su lugar con cables
de acero. Los cables son capaces
de soportar tensiones muy
grandes.
puente voladizo
puente de suspensión
19
Usos del concreto
El concreto es un material de construcción duradero que
tiene una amplia gama de aplicaciones. Debido a que es tan
fuerte, es bueno para hacer los cimientos de los edificios.
También se usa para mantener astas, cercas y columpios fijos
en el suelo. Gracias a que puede formar una superficie fuerte,
plana y duradera, se usa en carreteras, aceras y pistas de
aterrizaje. Los aviones ruedan fácilmente sobre una pista de
concreto.
Como el concreto es un material impermeable, se
utiliza en la construcción de represas, canales y tuberías
subterráneas para el agua. La represa de concreto más grande
es la represa Grand Coulee en el estado de Washington.
Se utilizaron 12 millones de piés cúbicos de concreto
para construirla.
El Coliseo Romano se construyó,
en parte, de concreto.
Muchos edificios modernos están hechos de concreto.
Los antiguos romanos utilizaron el concreto hace miles
de años para construir edificios, puentes y carreteras. Gracias
a que el concreto es un material tan duradero, muchas de
estas estructuras aún existen. El concreto romano contenía
piedra caliza, agua y ceniza volcánica. Hoy en día el concreto
es una mezcla de arena, agua y grava, unida con piedra caliza
y arcilla. Se puede reforzar con acero, lo que lo hace incluso
más fuerte.
Además de ser fuerte y duradero, el concreto también es
fácil de cuidar. A diferencia de las estructuras de madera, el
concreto no se tiene que pintar. No se pudre ni se oxida.
Como puede adoptar casi cualquier forma, es muy útil en la
construcción de edificios llamativos y de aspecto moderno.
Concreto reforzado
El concreto reforzado combina
acero y concreto para crear un
material que se usa en muchos
edificios grandes.
20
21
Construcciones
resistentes
En muchas partes del
mundo los huracanes y los
terremotos destruyen o
causan daños graves a los
edificios. En estas áreas los
Muchos edificios no son capaces
arquitectos y los ingenieros
de resistir terremotos.
trabajan para diseñar
edificios que puedan resistir estas fuerzas naturales.
Entre los elementos sobre los que los diseñadores
se concentran están la forma del edificio y los materiales
con que se construye. También deben tomar en cuenta la
distancia entre los edificios y el tipo de suelo sobre el que
se va a construir.
Durante un terremoto, los movimientos del suelo hacen
que los cimientos de un edificio oscilen de lado a lado. Si un
edificio puede ceder ante el movimiento, tiene menos
probabilidades de sufrir daños. Los rascacielos
construidos de acero y concreto se
mueven muy bien. Los ingenieros
a veces ponen cojines f lexibles de
goma entre un edificio y el suelo.
Esto protege al edificio al
reducir las vibraciones que
llegan a él.
Los arquitectos y los ingenieros toman en cuenta
muchas cosas cuando diseñan un edificio nuevo. Han
aprendido qué materiales son más resistentes, además
de cómo combinar materiales para que sean aún más
fuertes. Han aprendido qué formas sostienen mejor
las cargas. Han desarrollado formas de construir
cimientos fuertes, incluso en áreas donde el suelo
es suave.
A medida que los arquitectos y los ingenieros
aprendan más sobre los efectos de los huracanes y los
temblores de tierra en los edificios, podrán mejorar
sus diseños. Al pasar los años, los edificios serán más
fuertes, más grandes y más seguros.
La pirámide Transamérica en
San Francisco es resistente a
los temblores de tierra.
22
23
Glosario
Vocabulario
Vocabulario adicional
arquitecto
cimientos
persona que
diseña edificios
compresión
y otras estructuras
concreto reforzado
molde
base sólida
bajo un edificio
pilote
planos
fuerza que
presiona las cosas
tensión
topógrafo
concreto reforzado tipo de concreto
zapata muy fuerte que
contiene barras o cables de acero
aceleración
equilibrio
arquitecto
fuerza
inercia
máquina
cimientos
potencia
trabajo
compresión
velocidad
molde
pieza de madera o metal que se usa para
aguantar el concreto húmedo mientras
se seca
pilote
columna de concreto, que llega hasta
la roca sólida bajo las capas del suelo
planos
dibujos que muestran el diseño de
un edificio
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fuerza que hala o estira
Photo locators denoted as follows: Top (T), Center (C), Bottom (B), Left (L), Right (R), Background (Bkgd).
tensión
Opener: Getty Images; 4 ©Natalie Fobes/Corbis; 5 Strauss/Curtis/Corbis; 9 ©Andrew Paterson/Alamy Images;
16 Getty Images; 17 Getty Images; 22 ©Roger Ressmeyer/Corbis; 23 ©Charles O’Rear/Corbis.
persona que mide un sitio de
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V010 14 13 12 11 10 09 08 07 06
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¿Qué aprendiste?
1. Describe el papel de un arquitecto y el de un
ingeniero en la construcción de un edificio
nuevo.
2. ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de
la madera como material de construcción?
3. ¿Por qué se refuerzan con acero los edificios
hechos de concreto?
4.
El concreto se considera
uno de los materiales de construcción más
fuertes. Describe en una hoja aparte por qué
se prefiere el concreto para muchos tipos de
construcción. Da ejemplos del libro que
apoyen tu respuesta.
5.
Causa y efecto Imagina que el suelo de
tu vecindario es suave. Se está construyendo
un edificio y las bases no son muy fuertes.
¿Qué predices que le va a pasar al edificio
con el tiempo?