Este tipo de estructura es muy utilizada tanto para la construcción de edificios industriales como para la construcción comercial y de logísticos. Las estructuras espaciales permiten múltiples disposiciones geométricas aplicaciones: pueden ser estructuras estáticas o móviles; planas, abovedadas o con forma de cúpula; pueden ser estructuras de cubierta oforjados, ya que su clasificación es en diferentes categorías: Recintos feriales, estaciones de servicio, industriales, aeroportuarias, recintos deportivos, entre otras.
Una estructura espacial (en adelante EE) es todo aquel sistema estructural que se extiende espacialmente en las tres direcciones, engendrando en su interior sistemas tridimensionales de fuerzas internas (lo cual no implica necesariamente sistemas tensionales tridimensionales) para equilibrar cualquier carga exterior aplicada.
CLASIFICACION LAS EE, EN BASE A SU CONSTITUCIÓN INTERIOR Las EE, en base a su constitución interior, pueden ser llenas (láminas y sus simplificaciones bidimensionales: placas y arcos) o reticuladas (entramados laminares con idénticas simplificaciones bidimensionales).
pueden ser de hormigón armado y/o pretensado
LAS EE, EN BASE AL MATERIAL
(generalmente sólo empleado para EE llenas –aunque existen excepciones, como la de las péndolas recubiertas de hormigón,) metálicas
(generalmente empleado en EE reticuladas)
dentro de estas, de diferentes materiales metálicos: acero laminado (ya sea en forma de perfiles laminados tradicionales o perfiles laminados tubulares -el principal-)
pueden ser de hormigón armado y/o pretensado
METALICAS
La EE, con diferencia, mas empleada en el campo de la construcción en edificios de gran luz (naves industriales, pabellones deportivos, centros comerciales…)
Es la Estructura Tridimensional tubular (en adelante ETT), es decir: EE reticulada a base de barras tubulares rectas de acero laminado (tubos).
Las ETT pueden clasificarse en
rígidas o articuladas
En función de la coacción total o libertad total al giro relativo de las barras concurrentes en uno (y cada uno) cualquiera de sus nudos
Dentro de las ETT, el subgrupo más importante, por cuota de mercado respecto volumen de material, es la MALLA ESPACIAL
MALLA ESPACIAL
es una disposición estructural consistente en un gran número de barras rectas de pequeña longitud comparada con el total de la estructura formando un conjunto de elementos idénticos engarzados entre s í por sus extremos o nudos que dan lugar a una red tridimensional.
es empleada sobre todo como cubierta en edificios de gran luz y longitud (edificación industrial, comercial, deportiva...)
Estas estructuras son de formas geométricas muy variadas
TECHOS ESPACIALES TRIDIMENCIONALES
Estas formas constructivas, en sus distintas familias (planas, plegadas, cilíndricas, esféricas ,etc.) . Poseen una conexión y disposición que permite una adecuada distribución de las cargas exteriores (peso propio, cerramientos, sobre cargas útiles o accidentales, viento, etc.) y las correspondientes reacciones de apoyo. GÉNESIS DE LAS ESTRUCTURAS ESPACIALES El triangulo constituye la génesis de este sistema, es a través de las triangulaciones que se logra obtener las formas básicas (como tetraedros) como unidad fundamental en el espacio
Cerchas espaciales triangulares
a) Rapidez de fabricación y montaje:
b) Livianidad:
Todos los elementos son prefabricados en taller, con tolerancias) lo que asegura uniformidad en la calidad de la obra
La esbeltez de todos los elementos permite una estructura sumamente liviana (hasta del orden de 4 a 5 kg. de acero por cada m2 cubierto)
c) Posibilidad de grandes luces libres:
d) Sencillez de los cerramientos:
e) Buen comportamiento sonoro:
La liviandad de la estructura (basada en la mayor resistencia del acero y de la buena distribución de los esfuerzos) La misma forma de la estructura con sus figuras planas para la malla de la napa superior (triángulos, rectángulos o cuadrados, hexágonos,etc.).la iluminación es fácilmente solucionable con elementos vidriados de cierre. A la tupida compartimentación de la cubierta mediante un gran número de barras dispuestas en distintas direcciones.
Nudos: Son elementos de acero de forma esférica, en los que mediante un mecanizado, se han realizado unos taladros roscados con asientos para las barras y para recibir los tornillos de unión de nudo a barra.
Barras : Son elementos formados por tubos de acero conformados en frío, en cuyos extremos se han incorporado unos elementos, puntas, con taladro pasante y que sirve de unión mediante el tornillo al nudo
5.1.ESTRUCTURAS PLANAS: estructuras realizadas con el sistema modular puro o variado, es decir, formado a base de pirámides de base cuadrada con aristas iguales y de tetraedros regulares, o formados a base de cualquier tipo de formas, formando un conjunto plano. Pueden ser horizontales o inclinadas.
5.2. SIMPLE CURVATURA
Parabólica: tiene mucho más inclinación en la parte superior en comparación con la cobertura circular. Utilidad: Materiales:
Apoyos de concreto
15 metros
25 metros
almacén acero , calamina, concreto para los apoyos
Vigas de acero con tijerales
Circular: Apoyos de concreto
Utilidad: Materiales :
Almacén de caliza y aditivos longitudinal de 60m x 300m Materiales: acero , calamina, concreto para los apoyos
Vigas de acero con tijerales
Aguda: Esta geometría está diseñada para soportar amplias cargas. Apoyos de concreto
Utilidad: Materiales :
Almacén de aditivos Materiales: acero , calamina, concreto para los apoyos
Vigas de acero con tijerales
Flexionada: Utilidad:
Materiales:
Apoyos de la estrutura La calaminas se apoyan en las vigas arriostradas , y estás se apoyan sobre las columnas
Coliseo cerrado Lambayeque.
Materiales: acero , calamina, concreto para los Apoyos,policarbonato
Vigas de acero con tijerales policarbonato vidrio
Otro ejemplos:
Materiales utilizados _ acero . _ calamina. _ concreto para los apoyos. _ policarbonato:
Muchas ventajas: Súper resistentes a la lluvia y granizo, 99% en protección contra rayos UV. Policarbonato se adapta a grandes estructuras para coliseos y piscinas, los formatos de mayor tamaño permiten diseños con menos empalmes.
5.3. ESTRUCTURAS DOBLE CURVATURA: 5.2.1) Cúpula Geodésica.
5.2.2) Cúpula de Paralelos.
Es la proyección de un icosaedro con las caras moduladas en malla triangular en la esfera que la circunscribe. Estas cúpulas se resuelven siempre con estructura triangular de una o dos capas, o bien, con una solución intermedia, consistente en plegar la superficie por medio de pirámides rebajadas hexagonales casi siempre atirantadas.
Este tipo de cúpulas de paralelos se resuelven con estructura de base cuadrada (trapezoidal en este caso), o de base triangular, desde el punto de vista estructural.
5.2.3) Cúpula de Paralelos Laminares. Este tipo de cúpulas de paralelos se resuelven con estructura de base cuadrada (trapezoidal en este caso), o de base triangular, desde el punto de vista estructural.
5.4 ESTRUTURAS DE CURVATURA COMPLEJA Este tipo, permite formas y espacios diferentes y estéticamente agradables Sus elementos son prefabricados y no precisan para el montaje de medios de unión distintos de los puramente mecánicos.
Un ejemplo de estructura compleja es el del Cine Imax de Madrid La complejidad radica en la gran cantidad de elementos que se utilizan, por lo que se debe contar con un software de cálculo potente y con una logística de fabricación y de montaje muy bien preparada.
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales, o como en las cubiertas, ligeramente inclinados, que reciben las cargas verticales y las transmiten, trabajando a flexión, a los apoyos.
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos: momento flector, esfuerzo cortante y torsiones.
MOMENTO FLECTOR
TORSION
CORTE
TIPOLOGIAS DE VIGAS Conforme a su construcción o disposición podemos diferenciar los siguientes tipos de vigas:
a. Vigas simples de alma llena Los perfiles empleados son IPN, IPE o HE. El empleo de los perfiles IPE resulta más económico en general, tanto por su mayor rendimiento mecánico como por la simplificación que proporciona el espesor uniforme de las alas en empalmes y uniones. Las tensiones máximas se alcanzarán sólo en dos puntos de su sección
b.Vigas múltiples: Son las vigas constituidas por dos o más perfiles adosados, unidos a través de elementos tales como perfiles, presillas, tornillos, pasantes, etc., que solidarizan eficazmente los perfiles unidos. c.Vigas aligeradas:
Viga múltiple formada por dos IPN unida por pletinas
Son vigas cuya alma está aligerada. Esta solución puede resultar muy económica, pero solo cuando pueda adoptarse el canto estimado, y cuando la flexión predomine sobre el esfuerzo cortante, es decir, cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas.
Detalle de nudo atornillado en estructura metálica
Vigas metálicas aligeradas
d. Vigas de celosía: Las diversas formas y características que ofrecen estas vigas, les hacen presentar grandes ventajas sobre las tradicionales, como son: ligereza, transporte cómodo por ser elementos individuales pequeños y manejables y su fácil montaje. Los apoyos de estas vigas pueden realizarse de diversas maneras, dependiendo de la disposición deseada de los pilares. De esta forma podemos obtener el apoyo sobre dos pilares separados la modulación de la viga. Las modulaciones en las que deben realizarse este tipo vigas, tienen que ser las comprendidas entre 2 y 4 metros aproximadamente, dependiendo todo ello de las características dimensionales de las naves a realizar. CERCHAS FIG.1 Y 2 FIG 1
FIG 2
VIGAS DE CELOSIA Viga tipo mallas Warren
Vigas de Celosía ( cordones paralelos)
Las vigas de celosía son de gran utilidad las construcciones metálicas, especialmente edificaciones de grandes luces
en en
Las tensiones en una barra triangulada puede conseguirse en toda la sección, tanto los cordones como las diagonales trabajan uniformemente.
Constituidas por: Montantes
Vigas Cerchas (cordones inclinados)
Cordón superior
Diagonal
Cordón inferior
A aquellos cuyos cordones son paralelos, se les llama “vigas de celosía”, por otro lado las que los tienen inclinados, se les denomina “cerchas”.
Una de las características de las estructuras prefabricadas es que pueden ser totalmente realizadas en taller y por lo tanto el proceso de fabricación, puede ser absolutamente controlado. Las estructuras espaciales, deben tener unas tolerancias de fabricación muy estrictas, En cuanto a su control resistente, el mejor es un muestreo destructivo que es el que actualmente se realiza. La soldadura entre el tubo y las puntas de unión para formar las barras. El resto de los elementos de la estructura auxiliar de cubierta, se sueldan a si mismo en taller con la ayuda de útiles preparados al efecto, que determinan su posición y dimensión.
Su fabricación es contrololado estrictamente
Su fabricación se realiza en talleres
Con algún tipo de programa,Se hace un muestreo destructivo .
Todos los elementos de la estructura espacial llevan una protección anticorrosiva, que en este caso está conseguida mediante la aplicación de una pintura poliéster en polvo y polimerizada al horno. Para conseguir una buena calidad se preparan las superficies mediante:
Desengrasado con sus correspondientes lavados.
Aplicación electroestática de la pintura en polvo.
Fosfatado microcristalino.
Es un tratamiento que se aplica sobre el acero para mejorar la adherencia de los recubrimientos posteriores y también para mejorar las características anticorrosivas del acero.
Siendo esta estructura totalmente prefabricada, las únicas operaciones a realizar en obras son: Atornillado de barras a nudos y fijación de la estructura sobre los pilares. El sistema de montaje más conveniente, es el de ensamblaje de la estructura en el suelo y rápidas elevaciones mediante grúas. Estas elevaciones deben calcularse con esmero, para que los esfuerzos que puedan aparecer por las fuerzas dinámicas o por los enganches en la estructura fija, no provoquen roturas en la propia estructura.
AIzado parcial de estructura espacial con grúa.
Izado de la estructura de una sola vez mediante procesos controlados por computador.
Plataformas elevadoras para trabajos de apoyo en altura en estructuras espaciales.
Se puede conseguir prácticamente cualquier tipo de geometría con la estructura espacial.
Semioctaedro en malla espacial con nudo Nuclos
Podemos clasificar las estructuras en diferentes categorías:
11.1) Estaciones y cocheras: talleres de mantenimiento, estaciones, estaciones marítimas, intercambiadores de transporte, etc.
11.2) Instalaciones aeroportuarias: hangares, helipuertos, fingers, etc.
11.3) Naves industriales: almacenes, naves de compostaje, naves con puentes-grúa colgados de la estructura, etc.
11.4) Recintos deportivos: frontones, piscinas, polideportivos, estadios, velódromos, etc.
11.5) Recintos feriales y de exposición.- Recintos para ocio: cines, centros comerciales, escenarios, auditorios, museos, etc.-Marquesinas, andenes, pasarelas, etc. Estructuras decorativas, stands, etc.
Es un estadio cubierto con capacidad para 7000 espectadores. Superficie 9 000 m2. _Las dimensiones máximas en planta y luces libres del mismo son 96 metros de largo por 74 metros de ancho sin apoyos. -La estructura de cubierta fue diseñada íntegramente de acero. La misma consta de un marco de vigas reticuladas principales cruzadas de 5 y 6 m de altura.
Aspectos más importantes del procedimiento de montaje del estadio Orfeo. El montaje requirió de un detallado estudio, para lograr que las condiciones del diseño se vean reflejadas en la realidad, por tratarse de una estructura totalmente hiperestática. A los fines del montaje, la estructura principal se subdividió en 12 partes, correspondiente 8 de ellos a los encuentros de las esquinas, 2 a los lados largos y 2 a los lados cortos.
_Primero montaron las vigas de las ochavas y luego las vigas centrales, para esto se utilizaron cuatro torres provisorias de caño reticuladas de 22 metros de alto, que dieron apoyo a las vigas de las ochavas con una capacidad de 80 tn. _Las cuatro vigas se fijaron a unas vigas de hormigón en ocho puntos mediante pernos de anclaje. _La estructura se completó con vigas de perfiles conformados, con cordón superior de forma curva.
Izaje del tramo central de la viga de 96m de luz desde el interior del estadio.
