Domínguez Huitrón Marina García Centeno Elizabeth Godínez Segovia Karla Itzel
CUBIERTAS DE GRAN CLARO
1. Cubiert Cubiertas as espa espaciales ciales 2. Tr Trid idil ilos osa a 3. Cubiert Cubiertas as colgantes colgantes 4. Bóve Bóveda das s
CUBIERTAS ESPACIALES
INTRODUCCION •
Este tipo de estructuras son muy utilizadas en edificios industriales , comerciales y logísticos. Se fabrican a través de cortador de laser 3D o por medio de un cortador laser tubo. Así como usa una soldadura robotizada y pintura especial a base de polvo. En la obra no requiere soldadura directamente lo cual da ventaja ya que estas tienden a dañar el tratamiento superficial de la estructura en sí.
DESCRIPCIÓN/COMPONENTES •
Es una estructura metálica formada por nudos esféricos y barras de sección tubular unidos entre sí mediante tornillos de alta resistencia que forman un entramado con elementos en las tres dimensiones del espacio.
Nudos •
Elementos de acero de forma cilíndrica, en los que mediante un mecanizado, se ha realizado unos taladros roscados con asientos para las barras y recibir los tornillos de unión de nudo a barra.
Barras •
Elementos formados por tubos de acero conformados en frio , en cuyos extremos se han incorporado unas puntas con taladro pasante y que sirve de unión mediante el tornillo al nudo.
FUNCIÓN •
Al igual que la tridilosa (veremos mas adelante) funciona repartiendo las cargas en los nudos que bajan hasta los puntos de apoyo de la estructura (por ejemplo las columnas).
Filosofía estructura y material •
Estas estructuras constituyen una optima solución para cubrir grandes CLAROS , porque a pesar de ser resistentes por el uso de barras de acero son muy ligeras. Estas formas constructivas se dividen en distintas ramas o familias (planas, plegadas, cilíndricas, esféricas, etc.)
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Poseen una gran conexión y disposición que permite una adecuada distribución de las cargas exteriores (peso propio de la cubierta, cerramientos, cargas útiles o accidentales, viento, etc.) y las correspondientes reacciones de apoyo.
PROCESO CONSTRUCTIVO. (montaje)
TIPOS DE ESTRUCTURAS ESPACIALES •
PLANAS: Estructura de sistema modular puro o variado a base de pirámides de forma cuadrada, con aristas aristas iguales, y de tetraedros regulares o formados a base de cualquier tipo de formas. (Como la tridilos tridilosa a que veremo veremos s mas a fondo fondo a continuación).
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Pueden ser horizontales horizontales o inclinadas.
: Una armadura espacial "plana" puede p uede fabricarse con una pequeña deformación en la dirección contraria a la deflexión esperada bajo cargas de servicios. Esto elimina cualquier hundimiento posible en la estructura, particularmente en áreas amplias. Se puede aplicar en una o ambas capas de cuerdas de una armadura espacial
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Estructuras de simple curvatura: Bóvedas (Lo veremos el Lunes con mi compañera compañera Mariana) Estructuras de doble curvatura: •
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Buen reparto de tensiones Montaje difícil Estructura triangular de 1 o 2 capas capas que consiste en plegar la superficie por medio de pirámides rebajadas hexagonales casi siempre atirantadas.
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SE RESUELVEN CON ESTRUCTURA DE BASE CUADRADA O TRIANGULAR
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Diámetro hasta de 300 m
EL NÚMERO DE MODULOS VA DISMINUYENDO CONFORME LOS PARALELOS TIENEN UNA DIMENSIÓN MENOR. SE RECOMIENDA REMATARLAS EN UN CUADRADO PENTAGONO O HEXÁGONO
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ESTRUCTURAS DE CURVATURA COMPLEJA. PERMITE FORMAS Y ESPACIO DIFERENTES ESTETICAMENTE MAS AGRADABLES
VIGAS ESPACIALES
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DIVERSAS FORMAS Y CARACTERISTICAS LIGEREZA TRANSPORTACION COMODA (POR SER LIGEROS E INDIVIDUALES) MANEJABLES FACIL MONTAJE LOS PILARES DONDE SE MONTAN DOS DE ESTAN VIGAS ESTAN COMPRENDIDAS ENTRE 2 Y 4 METROS.
FABRICACIÓN •
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como son estructuras prefabricadas se realizan en taller y su proceso es totalmente controlado, deben tener unas tolerancias muy estrictas ya que en el caso de fuerte hiperestaticidad no se podrían montar. lo único que se hace en la obra es montarlos y unir barras con nudos
GRADOS DE ACABADO Se obtiene buena calidad mediante
Protección anticorrosiva Desengrasado mediante lavados Mediante aplicación de pintura poliéster en polvo polimerizada al horno
Fosfatado microcristalino
Aplicación electroestática de la
Aplicación electroestática de la pintura en polvo
Pruebas químicas y mecánicas
Se controla adherencia , resistencia a la corrosión y coleado mediante ensayos de niebla salina y rayos UV. Y Se comprueba la resistencia .
Costos Esto es una variable ya que depende de: •
costo del acero (materia prima) •
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Proceso de fabricación
Disponibilidad de equipo de montaje •
Mano de obra •
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Maquinaria
Mantenimiento
VENTAJAS
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RAPIDEZ DE FABRICACION Y MONTAJE LIVIANIDAD (4-5 KG DE ACERO POR M2 CUBIERTO
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GRANDES CLAROS SENCILLEZ DE LOS CERRAMIENTOS BUEN COMPORTAMIENTO SONORO ESTETICO MAYOR RESISTENCIA AL COL APSO UBICACIÓN DE LAS INSTALACIONES FACILMENTE
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MANTENIMIENTO
Ejemplos (aplicaciones)
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ZVARTNOTS INTERNATIONAL AIRPORT CIUDAD ZVARTNOTS PAÍSARMENIA 2 M 3708 m²
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Material de estructura tridimensional altamente ligera y resistente, elaborado de acero, concreto o vidrio, ampliamente usado en la ingeniería civil. Es tan ligero que puede flotar en el agua. Sistema usado en la construcción de muelles en pantanos Fue inventada en 1966 por el ingeniero mexicano Heberto Castillo.
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Es una Estructura para Techos constituida por dos lositas de concreto armado, cuyas mallas se sueldan a diagonales. Las diagonales pueden ser de fierro liso, fierro
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El peralte varía teniendo en cuenta los espacios a cubrir, sin embargo el peso propio se mantiene casi constante ( similar al de un aligerado de veinte centímetros de espesor). Su inercia y rigidez son mayores que las de un techo aligerado convencional. Su deflexión es menor. Las diagonales por su forma y ubicación distribuyen los esfuerzos en diferentes direcciones, lo que permite una reserva de resistencia para afrontar acciones fortuitas como los sismos. Actúa íntimamente ligada con los elementos de borde y de apoyo (vigas y columnas), haciendo un todo que da una mayor seguridad y estabilidad a la estructura.
FUNCIÓN Y ESFUERZOS
Representación.
Características •
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Estructura mixta de Acero y/o concreto y otro material que se componen de elementos tubulares soldados y atornillados a placas de conexión tanto en el lecho superior como en el inferior.
Generalmente son capas de concreto tridimensionales en las que solo el 33% del concreto trabaja a la compresión. Una eficiencia de hasta el 90% del material. Estructuras mucho mas ligeras, resistentes y económicas. Tiempos de construcción mucho menores. Permite la utilización para soluciones espaciales tales como puentes, tiendas hoteles, etc.|
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Peso máximo entre 100 y 240 kg/m2 20m de claro libre con espesor de capa de compresión de 5cm Al aumentar el claro de la losa no aumentamos el peso de la misma, solo modificamos el peralte aumentando el espacio de aire entre las capas superior e inferior pero sin aumentar el peso del concreto.
Proceso Constructivo. •
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Entramado de Perfiles metálicos electrosoldados o atornillados para su unión. Concreto armado o vidrio. Terminado de placas en piso. Izaje y colocación con agua. Terminado de trabes en cubierta.
Desventajas. •
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El espacio que se requiere es mayor. No se puede usar en claros menores a 5m Acabado aparente poco estético
ventajas. •
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Grandes claros en techos horizontales, a dos aguas, de forma poligonal o de arco de segmentos. Se puede construir varios pisos aprovechando mejor el terreno que por lo general es caro y escaso. Gran resistencia a la acción de los sismos. Menor cantidad de vigas, columnas y zapatas; que en igual área con techado tradicional. Menor cantidad de concreto y por consiguiente menor peso propio por m2. de área techada. Rapidez, limpieza y menor tiempo en la ejecución de la obra.
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Lograr temperaturas interiores agradables por la separación que hay entre sus dos lositas. Jugar con alturas y espacios dentro de una gran nave.
ANTECEDENTES DESCRIPCIÓN SOPORTES Y ANCLAJE CARACTERISTICAS TIPOS MONTAJE PESO Y CLAROS REPRESENTACIÓN
CUBIERTAS COLGANTES
Las cubiertas colgantes tuvieron sus inicios en la antigüedad, con las membranas tensadas, como la tienda. Las primeras que se encontraron eran de dos tipos: una era una tienda redonda con un solo mástil central y la otra tenía dos mástiles con forma alargada. Muchas de las cubiertas antiguas empleaban telas como forma de cubrirse de la intemperie; de ahí surge la actual utilización de las telas en las cubiertas colgantes, además de ser funcionales, al cubrir grandes tramos sin dificultad. La cubierta colgante moderna, según se tienen registros, se desarrolló en 1932; se construía con una curvatura en una sola dirección, con forma de catenaria; el techo colgante formado por planchas de palastro, soldadas mediante el arco eléctrico. En los años 60, Frei Otto desarrolló una teoría, para usar superficies curvas con curvatura opuesta, superficies mínimas con igual tensión. Una tela colgada de cuatro puntos, cuyo contorno esta formado por cuerdas para recibir los esfuerzos, se le puede dar forma a partir de una cúpula con tan sólo invertir su curvatura, y el uso de una lámina delgada apoyada en pocos puntos.
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Se basan en empleo de elementos tipo cable o cuerda, denominados tirantes; que funcionan únicamente a tracción y sirven para sustentar otros elementos. Es la Puente
típica de los puentes de madera en Cangas de Onís.
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Las cubiertas colgantes deben ser diseñadas con suficiente curvatura y rigidez para ser capaces de resistir cargas ambientales, así como fuerzas de tensión en el plano del textil. La forma de la cubierta y el pre-esfuerzo es importante para resistir las fuerzas ascendentes y descendentes (típicamente debidas al viento, o la nieve respectivamente). Las estructuras tejidas se pre-esfuerzan para asegurar que el tejido permanezca en tensión bajo todas las condiciones de carga y para reducir los desplazamientos. Las condiciones de borde también juegan un papel importante en la determinación de la forma del tejido y la distribución de esfuerzos, cuando se aplica un preesfuerzo uniforme al tejido. Para alcanzar un pre-esfuerzo uniforme, el tejido debe tomar la forma de una superficie mínima.
Características Las cubiertas deben ser diseñas para cumplir con las siguientes características, las cuales tienen mayor importancia en una u otra, dependiendo de la función que desempeñen, es decir, el servicio que prestarán: •
Durabilidad
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Adecuación a los condicionantes climáticos
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Resistencia y estabilidad
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Aislamiento térmico
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Deformaciones térmicas controladas
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Aislamiento acústico
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Protección contra el fuego
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Adaptabilidad y Factores económicos
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Los anclajes son una parte importante dentro de la construcción de cubiertas colgantes, ya que generan la estabilidad a la estructura y ayudan a mantener la rigidez de la misma.
a- Anclaje por acción de la gravedad: Uno de los anclajes más simple es el anclaje por acción de la gravedad, en él, los cables se introducen en un bloque de hormigón y quedan confinados en el mismo. El bloque transmite al suelo de fundación los esfuerzos de los cables, por medio de su peso y de la resistencia a rozamiento que presenta.
c- Anclaje por medio de pilotes: Se emplean en terrenos sueltos; generalmente se utilizan pilotes de cabeza gruesa y superficie áspera, mientras que los pilotes de tracción se utilizan en los cables para tensar torres de transmisión o para anclar los muros y los diques. En este último caso, se transmiten las cargas al piso de cimentación por medio del rozamiento de la superficie lateral y del empuje pasivo de las tierras sobre el pie del pilote. Se debe tener cuidado en que la dirección del pilote tenga la misma que lleva el cable. Este tipo de anclaje es muy útil y económico, ya que no es necesario mucho material para obtener grandes rendimientos.
Desventajas.
Ventajas. •
Salvar grandes claros con un mínimo de material
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Estética
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Visibilidad
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No se requieren encofrados
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Deformabilidad
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Problemas de impermeabilización
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Corrosión en los cables de alta resistencia Mantenimiento
MEMBRANAS •
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Una membrana es una lámina semejante a una piel, sin rigidez a l a flexión y tensada. Las membranas sólo pueden ser solicitadas a esfuerzos de tensión y deben tener al menos, en una dirección, curvatura negativa.
Los esfuerzos que actúan sobre l a superficie de la membrana, provocan las tensiones de membrana. Las membranas se hacen a base de pl anchas, hojas delgadas o tel as, l a cuales sirven como cubiertas. Una cubierta de membrana tiene la forma más característica de cubiertas colgantes, formada por la estructura portante y el material de cubierta. Existen diferentes tipos y formas de las membranas que dan lugar a l as cubiertas colgantes; van desde la membrana sin pretensado; pretensada plana y curva pretensada.
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Esta es la forma más sencilla de las membranas; se forma por una lámina curvada en una sol a dirección y tiene forma de catenaria, la cual se suspende libremente por medio de dos líneas de acción.
Cuando estos tipos de cubierta son ligeras y curvadas en una sola dirección ofrecen sensibilidad a los cambios en la distribución de las cargas y resultan algo inestables. Esta cubierta debe tener el suficiente peso propio, de manera que las máximas cargas accidentales (succiones del viento) no levanten la cubierta, ni se provoque una inversión de la curvatura.
EJEMPLOS: •
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Membrana cónica, la cual cuelga de un anillo cerrado. Membrana esférica, la cual es la estructura inversa de la cúpula, que presenta una capacidad portante mayor. Membrana con forma de paraguas, consta de un anillo inferior rígido y pesado sostenido por una membrana apoyada en un punto localizado en su centro.
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Se gener a cuando se tiene una membrana con curvatur a positiva en una dirección y negativa en la otra, y por tanto, puede ser pretensada en todas las direcciones. En la dirección de soporte la membrana adquiere una curvatura hacia abajo y en la dirección de tensando la membrana adquiere una curvatura hacia arriba Tiene más que tiene son más facilidad; viento.
ventajas que los otros tipos de membranas, ya mayor rigidez y resistencia; sus deformaciones pequeñas y no se invierte su curvatura con además amortigua las vibraciones debidas al
La principal desventaja respecto a las redes de cuerdas, es que su construcción es más complicada, cuando se construye con telas.
Una membrana de este tipo, como su nombre lo indica, desarroll a tensi ones iniciales, sin tener en cuenta su peso propio. Debe deformarse mucho bajo l as cargas, para que pueda considerarse como un sistema espacial; estas deformaciones deben mantenerse dentro de límites. Debido a que l a carga del viento no es uniforme y con el fin de que no se deforme excesivamente, se debe someter a un pretensado. Cuando sobre l a superficie expuesta aparecen pequeños remolinos de aire, se presentan oscilaciones de alta frecuencia; por otro lado, cuando se presentan ráfagas de viento, se generan succiones y presiones alternadas, debido a los remolinos que se presentan en las regiones marginales o en los bordes. Este tipo de membrana sólo se puede usar en superficies pequeñas; no se debe abusar de ellas, ya que pueden llegar a ser muy susceptibles a la carga de viento.
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La estructura de soporte de las membranas arquitectónicas está compuesta por: n Dependiendo de la complejidad del diseño se pueden utilizar cables de acero del tipo usado para postensado o cables galvanizados del tipo que se usa en puentes.
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n Generalmente tubos circulares de acero o en celosía. n Platinas de acero comerciales de calidad ASTM A-36. La soldadura es E70xx y la tornillería es de calidad SAE grado 5. También se utilizan platinas de aluminio para los bordes de la membrana
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Se debe asegurar que los esfuerzos de trabajo de la membrana se transfieran suave y uniformemente a los cables y la estructura de soporte. Las fuerzas de diseño de cables y acero son a menudo altas, así que las uniones deben asegurar que la carga fluya adecuadamente a la estructura. Las uniones deben ser redondeadas en las áreas de contacto con el textil. Se debe tener en cuenta la elongación que sufre el textil luego de estar sometido por un periodo de tiempo a carga constante, para evitar uniones con cargas desbalanceadas y desplazamientos peligrosos. Deben estar protegidas contra la corrosión, y por ello se recomienda usar acero inoxidable, aluminio, acero galvanizado o protección con pintura. Los tipos de uniones son: Textil con textil, textil con cable, cable con cable, cable con mástil y mástil con cimentación.
FABRICACIÒN ❖ Una
vez terminado el diseño, se inicia la fabricación de la estructura en tres frentes: •
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La fabricación de los postes de acero La compra de los cables (según medidas de diseño) El alistamiento del textil, el cual se hace en dos etapas: corte y sellado.
❖ Debe
reproducir las mismas condiciones de geometría y niveles de tensión establecidos por el diseñador.
❖ Todo
el proceso de fabricación debe estar estrictamente controlado en cuanto a dimensiones, y el fabricante debe entender muy bien las propiedades de esfuerzo y deformación del textil a utilizar.
❖ Durante
la fabricación el textil se manipula en el piso y por ello se debe tener especial cuidado para que no se dañe.
❖ Se
recomienda, pues, que la fabricación se realice en un área específicamente dedicada a este propósito, en la cual la superficie y el equipo de corte o sellado se mantengan absolutamente limpios y libres de objetos innecesarios.
❖ Se
debe cuidado cada vez que sea necesario transportar, dobl ar y desdobl ar el
MONTAJE Antes de comenzar, el instalador debe revisar la localización exacta de los puntos de contacto entre la estructura de la membrana y la construcción convencional, y durante el montaje debe monitorear permanentemente la geometría de la estructura. •
En esta etapa se desempaca la membrana y se coloca suelta sobre los demás elementos estructurales, asegurándola con manilas para minimizar los riesgos que puedan tener los trabajadores. •
La membrana se ancla a su sistema permanente de amarre (cables, postes, cimentación, platinas, etc.) En caso de que no encaje adecuadamente, el problema se debe corregir antes del tensionamiento, pues cualquier error en este sentido tiene consecuencias graves no solamente estéticas sino también estructurales. •
En esta etapa la membrana adquiere su forma definitiva. El tensionamiento debe realizarse gradual y uniformemente en toda l a estructura, eliminando cualquier arruga y garantizando que se obtienen las tensiones deseadas en la membrana.
REDES DE CABLES Una “red de cables” es una cubierta formada por cables que está solicitada por esfuerzos de tensión en sus direcciones principales; se soporta con cables resistentes a la tracción. Tiene principalmente tres tipos:
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a) Red de cuerdas planas
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b) Red de cuerdas no pretensadas
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c) Red de cuerdas pretensadas
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Al proyectar cubiertas se debe evitar que se presenten superficies planas. La poca rigidez de este tipo de cubierta las hace inadecuadas para la construcción, pero son muy útiles para usarse como dispositivos de seguridad o protección.
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La red de cuerdas cuelga libremente de sus apoyos. Todos los cables tienen su concavidad hacia abajo, cualquiera que sea su dirección; la forma de los cables depende del peso propio. La red de cables resulta muy pesada y se forma por conjuntos de cables, cubiertos por mallas de un material suficientemente rígido
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Este tipo de red se forma con cables pretensados, de manera que su forma no resulta dependiente del peso propio de los mismos. El pretensado se obtiene, por la tensión dada a los cables, al interactuar unos sobre otros, y se producen tensiones originadas por la interacción, antes de recibir las cargas. Tienen la propiedad de ser muy rígidas y poco deformables ante la acción de fuerzas perturbadoras. Cuando se diseñan correctamente, provocan pequeñas deformaciones a los apoyos, vigas o estructuras portantes de cualquier material. La forma más simple se logra cuando los cables portantes y los de tensión, se crucen perpendicularmente. En términos económicos y constructivos, lo más conveniente es elegir las direcciones de los cables, de forma que ambas tengan máxima curvatura, pero de signos contrarios. Esto se puede obtener, cuando los cables portantes sean paralelos a la sección principal más elevada de la cubierta
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Los cables generan grandes esfuerzos en los puntos de soporte, los cuales deben ser resistidos y transportados a puntos firmes. De acuerdo al proceso que se sigue para trasladar estos esfuerzos a puntos firmes del suelo, se clasifican los sistemas de cables. En este tipo de red los cables se pretensan sobre un contorno cerrado de madera, de acero o de concreto.
Siendo la circunferencia una curva funicular de un arco solicitado por fuerzas radiales, será el circulo las forma mas adecuada para que el anillo perimetral de sostén trabaje en condiciones optimas, es decir, únicamente a estados de compresión sin que genere flexiones.
Cuando se tiende una red de cables sin contar con un anillo cerrado, sino entre superficies de apoyo o de reacción, o entre líneas o puntos de reacción, se logra este tipo de cubierta. Los mejores terrenos para el anclaje de los cables, son las laderas de un valle. Como puntos de reacción resulta conveniente colocar bloques de concreto empotrados en el suelo o puntos de las paredes de otros edificios. Las redes de cables abiertas se pueden tender sin necesidad de grandes macizos de reacción, entre soportes verticales.
ESTRUCTURAS NEUMÀTICAS •
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Estructura bajo la acción de una presión interna, es inflada hasta lograr un espacio o volumen cerrado. Trabaja aplicando una presión controlada interna genera esfuerzos de tracción en la membrana, es posible establecer un equilibrio que mantenga la forma deseada de la cubierta. Una forma de reducir los esfuerzos de la membrana, generados en la estructura neumática, es colocando zonas de anclaje en la parte interior y no únicamente en el borde externo, con lo que se logran formas arquitectónicas interesantes. La presiòn interna necesaria para mantener el equilibrio es de aproximadamente: 15 grs/cm.
CARACTERÌSTICAS •
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Se dest destac acan an por por ser ser extr extrem emad adam amen ente te livi livian anas as.. Su campo de aplicación puede llegar hasta los 100 100 m sin sin apoy apoyos os inte interm rmed edio ios. s. Hay que tener presente que por lo general son estructuras aptas para construcciones temporarias como por ejemplo: salas para expo exposi sici cion ones es,, loca locale less depo deport rtiv ivos os,, mega mega ev even ento tos, s, etc., en los que se requiere una cobertura por un brev brevee y dete determ rmin inad ado o perí períod odo o de tiem tiempo po Ventajas ajas:: Est Estarán arán som sometidas idas a todos dos los los tip tipos de cargas cargas posibles. posibles. Desventajas: son estructuras inestables a la acción del viento y de la nieve.
FUNCIONAMIENTO •
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Est Este tip tipo de estr estru uctu cturas trabaj abajan an por difer ifereencia ncia de presión con la membrana siempre traccionada. Se debe debe tener ener una una pres presió ión n int interna erna sufi sufici cien ente te par para que que logre gre inf inflar lar la membran branaa y así así impedi pedirr que que se manifiesten fuerzas de compresión que la arruguen o formen pliegues, el pleno func funcio iona nami mien ento to y la esta estabi bililida dad d comp comple leta ta se logr lograa cuando todas las partes de la membrana están bajo tracción. tracción. Las Las tens tensio ione ness de trac tracci ción ón debe deben n ser ser resi resist stid idas as por por la membrana, por lo que deben llegar a valores menores que las tensiones admisibles del material. La magnitud de la presión diferencial existente entr entree los medio edioss int intern erno y exter xterno no sepa separrado ado por la membrana, permite su clasificación en sis sistemas emas de alt alta y baja aja presi esión .
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En los sistemas de baja presión lamembran branaa se encuentra tensada por una presión normal de 10 a 100 kg/m g/m2 (0,001 a 0,01 kg/c g/cm2) y son utilizados para cubrir un espacio habit habitabl ablee por result resultar ar dicha dicha presió presión n difer diferenc encial ial fisiol fisiológi ógicam camen ente te inocua inocua.. En los sistemas de alta presión, presión , la pres presió ión n dif diferen erenci cial al asci ascien ende de a valor alores es comp comprrendi endido doss entre 2.000 y 70.000 kg /m2 (0.2 a 7 kg /cm2). Estos sistemas están constituidos gene genera ralm lmen ente te medi median ante te elem elemen ento toss tubu tubula lare ress (de (de ahí ahí su nomb nombre re de estr estruc uctu tura rass tubo tubo)) que que solo solo o conv onvenie enien ntemen ementte combina binado doss pued pueden en cum cumpli plir las las fun funcio ciones nes port ortant antes de una viga viga,, arco arco,, una una gril grilla la,, etc. etc.
ESTRUCTURAS COLGANTES •
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Emplean cables de los que cuelga parte de la estructura llamados tirantes o tensores El cable o tensor es un elemento flexible que sujeto a cargas extremas adquiere una forma concreta llamada funicular que depende de la magnitud y posición de las mismas Desarrolla esfuerzos de tracción por lo que junto con la alta resistencia del material hace que se tenga una estructura bastante ligera. Se caracterizan por que los cables trabajan individualmente como elementos suspendidos o como columnas a tracción para soportar elementos estructurales como vigas superficies o edificios.
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ELEMENTOS
Torones: que están formados por alambres arrollados helicoidalmente de manera que quedan colocados de forma regular tienen mas área metálica para el mismo diámetro. Tirantes estructurales: formados por perfiles tubulares
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Pilares: Apoyos intermedios que reciben reacciones de dos tramos de puentes. El elemento encargado de transmitir las cargas al suelo, o en el caso de arcos invertidos hacia los extremos del puente a través de pilotes. Losa o tablero: concreto, enmaderado o piso metálico. La losa descansa sobre las vigas principales en forma directa o a través de largueros o viguetas transversales. Suele estar suspendido mediante tirantes verticales sujetos a los cables que componen el puente Vigas principales: Elementos que soportan la losa y que transmite las cargas a los pilares o estribos.
ANTECEDENTES DESCRIPCIÓN CARÁCTERISTICAS EJEMPLOS MONTAJE VENTAJAS
ANTECEDENTES
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Matemáticos se fascinaron por la forma que adoptaba una cadena colgada bajo su peso estudiando la curva que la describía. Leonardo da Vinci dejó esquemas de cadenas colgando. Galileo erró en su solución en 1638 En 1669 el matemático alemán Joachin Jungius demostró que una cadena colgante no adoptaba una forma de parábola (Galileo 1642)
En 1690 el suizo Jakob Bernoulli propone un desafío en la Acta Eruditorum, descubrir la fórmula matemática que definiera la forma de la curva de la cadena colgante. 1691 la ecuación fue obtenida por su hermano menor Johann Bernoulli y por Gottfried Leibniz y Chistiaan Huygens en 1691
Es la curva que describe una cadena suspendida entre dos puntos situados a la misma altura. Por ejemplo se llaman catenarias a los cables del tendido eléctrico de los ferrocarriles, no por el cable conductor de la electricidad, sino por el cable superior que le sustenta entre dos postes del tendido.
Lugar geométrico de los puntos donde las tensiones horizontales de un cable se compensan por lo que el cable no tiene tensiones laterales. CATENARIA
El cable no se desplaza hacia los lados y a las fuerzas que padece se reparte entre una fuerza vertical (la de la atracción terrestre) y una tensión tangente al cable en cada punto que lo mantiene estirado.
INVERTIDA •
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La tensión que padece el arco en cada punto, se reparte entre dos elementos: Entre una componente vertical que será lo que tenga que sustentar el propio arco. Una componente de presión que se transmite por el propio arco hacia los cimientos sin que se creen esfuerzos horizontales, salvo en el extremo llegando ya a los cimientos.
Distribución de cableado de alta tensión (ferrocarriles, redes eléctricas, puentes ...) Arcos catenarios invertidos. Esta forma permite que un arco se mantenga en equilibrio.
Gaudí Obras con arcos de catenaria: La Sagrada Familia La casa Batlló La Pedrera Parque Guell Estas catenarias desvían el peso de las cubiertas dejando amplias zonas abiertas. •
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EERO SAARINEN 1963-1965
SAN LUIS, NNNNNNNNNNNNNMISSOURI, E.U.A.
ESTRUCTURA Las caras facetadas de acero inoxidable del Arco se extienden 192m entre las caras exteriores de sus patas triangulares a nivel del suelo y su parte superior se eleva 192m. Toma la forma de una curva catenaria invertida. Su forma de arco esta creada por triángulos equiláteros de acero, apilados uno sobre otro, cada vez más pequeños a medida que se acercan a la parte superior. La construcción en triángulos permite que el interior del arco permanezca hueco lo que lo hace ligero y permite un sistema de tranvía instalado en su interior.
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Cada grupo de barras de tensado requirió un cuidadoso posicionamiento ya que debían inclinarse en dos direcciones, tanto para adaptarse a la curvatura del arco como a la sección transversal que se va estrechando. Con la estructura de acero en su lugar, se procedió al hormigonado en cajas de unos 1.52m cada una.
PROFUNDIDAD •
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Los cimientos de hormigón armado se hunden a 18.28m de profundidad y se extienden 9.14m en el lecho rocoso, contribuyendo contundentemente contundentemente a la solidez estructural del arco. Los ingenieros estructurales Severud, Elstad, Krueger Krueger y Asociados informan que bajo una carga carga de viento de 150km/hr el arco se se desviará en la parte superior sólo sólo 46cm en dirección dirección este-oeste. Sus apoyos están orientados en una línea norte-sur. Para preparar preparar el sitio para los cimientos del Arco, el centro de visitantes y el museo, se excavaron excavaron 8.495 m3 de tierra y roca. Las barras de aleación de acero tensado o tendones, 252 en cada pata, se hunden 16m por debajo de la parte superior de las bases para anclar la l a estructura de forma segura a su base. A nivel del suelo, sólo las dos esquinas exteriores de cada base triangular están pretensadas por dos grupos de 63 barras de acero.
Grúa Grúass equi equipa pada dass con con un espa esparrcido cidorr de barra tubular colocaron los paneles sándwich en posición vertical en un área área de almace almacenam namien iento to.. Los Los lado ladoss de las las secc seccio ione ness tria triang ngul ular ares es fueron prefabricadas en la planta y enviad viadas as al sit sitio como tre tres lad lados de un triángulo. Los montajes de estas secciones en el lugar correcto requieren controles meticulosos de colocación y soldadura en esquinas, cual cualqu quie ierr prepre-en ensa samb mbla laje je adic adicio iona nall en el taller era imposible porque las secciones habrían sido demasiado gran grande dess par para su enví envío. o.
Las secciones triangulares para las posiciones más altas en el arco tienen dimensiones más pequeñas y podrían ser fabricadas y enviadas como tres piezas en forma de pata de perro, cada una con un lado corto y un lado largo, de este modo las conexiones de esquina se pudieron realizar en los talleres quedando para los equipos de campo una simple y rápida soldadura. Las secciones triangulares que necesitaron soldaduras para su montaje sufrieron cierta deformación por la contracción provocada por el calor de las soldaduras, aunque posteriormente se forzaron a su posición correcta para poder soldar las patas, causando un ligero pandeo de la superficie de acero inoxidable.
El arco está construido de acero al carbono y de hormigón para proporcionar mayor resistencia y a continuación cubierto de piel de acero inoxidable. En una sección transversal, cada pata del arco es un triángulo equilátero de doble pared con un núcleo hueco de 12.19m de ancho en la base que va disminuyendo hasta 4.57m en la parte superior. Se necesitaro 142 secciones de triángulos de acero para completar la estructura.
Desde la parte superior de la sección de pared compuesta a la corona del arco, todas las cargas de compresión directa se realizan por la piel exterior de acero inoxidable y la piel de acero al carbono interior.
VENTAJAS
Su curva transmite de la forma mas equilibrada los esfuerzos propios de la
BOVEDAS
ANTECEDENTES DESCRIPCIÓN ELEMENTOS
ANTECEDENTES Los precedentes los encontramos en la arquitectura megalítica, pero son denominadas falsas bóvedas o bóvedas de aproximación de hiladas, como muestran ciertos dólmenes de la Cueva del Romeral, en Antequera, Málaga.
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Una bóveda es una estructura arqueada que cumple una función: cubrir un espacio entre dos apoyos para así poder formar el techo o la cubierta de un edificio.
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¿Cómo se forma? Puede ser por la rotación de un arco, por su propio desplazamiento a lo largo de un eje o por la intersección de varios arcos o dos bóvedas de la misma flecha.
CIMBRA
Durante el proceso constructivo se utilizan para sujetar las dovelas hasta el momento de su terminación, cuando se pone la clave. También se denomina cimbra a la curvatura interior (o intradós) de un arco o de una bóveda. En la construcción y diseño de arcos se suele evitar su uso debido al encarecimiento que supone su
ELEMENTOS DE LA BÓVEDA •
Las partes que componen una bóveda son prácticamente las mismas que componen un arco, aunque de la bóveda no se puede olvidar ni su muro frontal, pues es el que cierra la propia bóveda en sus partes abiertas o frentes, ni su luneto, la abertura practicada en la bóveda por otra bóveda que intersecta con ella.
TIPOS Conociendo ya sus elementos, seguidamente se definen de forma breve una serie de bóvedas reducidas en dos grupos: las de sección semicircular y las de nervios.
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Bóvedas de sección semicircular La Bóveda de cañón se genera por el desplazamiento de un arco de medio punto a través de un eje longitudinal. Y, si el arco desplazado es apuntado, la bóveda se conoce como Bóveda de cañón apuntada . Lo mismo ocurre con el arco peraltado, dando nombre a la bóveda de cañón peraltada. Esta bóveda de cañón aparece por primera vez durante las primeras grandes civilizaciones, mostrando unos arcos más profundos de lo habitual, más tridemensionales. Roma la emplea, como muestran las estancias laterales de la Basílica de Majencio, y ya en época románica el uso es sistemático.
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Es aquella bóveda de cañón que cierra un espacio entre muros circulares y concéntricos. Esta bóveda, al ser curva, cubre girolas/deambulatorios.
Se origina por la intersección de dos bóvedas perpendiculares de cañón de la misma flecha y diámetro.
Bóveda de crucería Son estructuras que trabajaban a tracción y no a compresión, permiten obtener espacios diáfanos, es decir, amplios e iluminados. No se apoyan en los muros sino que dirigen sus empujes a ciertos puntos.
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Este tipo de innovación técnica se consigue gracias a la bóveda de crucería (nervada u ojival), conformada por dos nervios que se cruzan (dos arcos apuntados) y entre los que se añade la plementería (materiales que llenan el espacio entre dichos nervios) para cubrir un espacio cuadrangular. Los nervios, lo que permiten, es llevar el peso de la bóveda al suelo apoyándose en pilares o columnas adosadas. Este entramado de nervios, arcos y soportes constituyen un armazón tridemensional y unitario sobre el que descansan las bóvedas y es, además, el esqueleto que da forma a los tramos de las naves (central o laterales), y que pueden ser repetidos de manera seriada hasta el infinito.
