I.
SISTEMA ESTRUCTURAL DE SUPERFICIE ACTIVA
1. Definición y/o consideraciones generales Las estructuras de superficie activa le deben su nombre al hecho de que las fuerzas actuantes son transmitidas y repartidas por toda la superficie en forma de tensiones de pequeña magnitud. Las membranas, carpas y estructuras neumáticas tienen esfuerzos básicos de tensión y son de espesor muy reducido. Los cascarones son generalmente en concreto reforzado, con espesores menores de 10 cm cm , que aprovechan formas geométricas de doble curvatura y trabajan fundamentalmente a compresión. Los domos y los «paraboloides hiperbólicos» han sido las formas que más aprovechan artistas estructurales como CANDELA.
1.1.
Membranas Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Algunos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión producido por fuerzas externas o presión interna. El pretensado permite que una membrana cargada desarrolle tensiones de compresión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de tracción incorporadas a ellas. Las membranas, carpas y estructuras neumáticas tienen esfuerzos básicos de tensión y son de espesor muy reducido. No obstante la inconsistencia de las membranas respecto a la mayor parte de los estados de tensión, el ingenio humano ha hallado maneras de utilizar membranas para fines estructurales, sobre todo debido a su bajo peso. La carpa del circo es una membrana capaz de cubrir decenas de metros, siempre que la tela cuente con adecuado sostén en parantes de compresión, estabilizados por riendas de tracción. Las carpas son útiles como cubiertas temporales y aceptables como techos permanentes si son altamente pretensadas. Ejemplo de membranas pretensadas y semejanza. 1.1.1. Comportamient Comportamiento o estructural Tela circular unida a un aro de compresión, sesomete a tracción por parantes de compresión. Ejemplos:
EstadioOlimpico de Munich Arquitecto: Frei Otto Area: 246.278, 40 m2 Sostenido por nueve mástiles 79,24 m dealto. Cables pretensados de una capacidad de 5.000 T. Techo: losas traslúcidas de Plesiglass, ligeramente coloreadas en color marrón grisáceo.
Carpa terminal Haj del aeropuerto de Jiddah, Arabia Saudita, para los peregrinos a la Mecca Arquitecto: Geiger Berger Consta de 210 módulos cuadrados, de 45,30 por 45,30 m, cubren un área de 23 acres. La carpa del zoológico Franklin Bostón,Massachussets.Arquitecto Weidlinger Asociados,
1.2.
de
Estructuras de Curvatura sencilla: Una de las formas más comunes de las estructuras laminares son las membranas cuya forma es engendrada por el desplazamiento de una recta (generatriz) a lo largo de una curva cualquiera (directriz), pudiendo ser ésta un arco de círculo, elipse, parábola, catenaria. Según las dimensiones que guardan entre sí, se han clasificado en dos grupos que son membranas largas y membranas cortas (bóvedas). Se clasifican como largas a aquellas en las cuales su longitud L, es mayor de 2.5 veces el diámetro de la sección transversal y como cortas o bóvedas a aquellas en la que su longitud L es mayor o menor el diámetro.
1.2.1. Comportamiento estructural: Depende de su clasificación como larga o como corta Las largas o sea aquellas en que su longitud L, es mayor de 2.5 veces el diámetro de la sección transversal, pueden ser analizadas el método de la viga, es decir, que las membranas cilíndricas
largas se comportan muy semejante a cómo se comporta una viga; por lo tanto las fórmulas de flexión y de cortante empleadas en las vigas pueden ser empleadas para su análisis. En las membranas cilíndricas largas apoyadas en sus extremos sobre pórticos rígidos, las vigas de borde se encuentran sometidas a tracción. A medida que la membrana cilíndrica disminuye de longitud o está apoyada longitudinalmente y se convierte en una membrana cilíndrica clasificada como corta, cobra preponderancia las acciones de arco y placa. En realidad estas estructuras – membranas cilíndricas cortas son resistentes bidimensionalmente y llegan a actuar como una placa transfiriendo la carga directamente a los dos pórticos extremos y desarrolla necesariamente esfuerzos de flexión en la mayor parte de su superficie. 1.2.2. Parámetros de Predimensionamiento: Existen varias estructuras de este tipo con luces del orden de 50 mts. Y el espesor de membrana en construcciones de concreto varía en función de la luz L siendo ésta de unos 7 cm. para luces hasta de 30 mt. Se designa como viga o tensor de borde a un ensanchamiento de la membrana en sus bordes longitudinales. Normalmente estas vigas de borde, tienen una altura “h” no mayor de 50cm, para luces L de 30 m. Y unos 40 cm. para luces de 20 m. Ecuación que relaciona las diversas dimensiones de las membranas cilíndricas: (h + f) = L/15
Pueden definirse como cascarones formados por dos familias de curvas con la misma dirección, es decir, poseen curvatura gaussiana positiva. a. Cúpulas Esféricas Son las cascarones de doble curvatura, cuyos elementos resistentes son anillos que siguen la dirección de los paralelos y arcos que siguen la dirección de los meridianos. b. Cúpulas Elípticas
Son engendradas por la rotación de una línea curva cualquiera, a la que se designa como meridiano, alrededor de un eje. La línea se apoya en el eje por uno de sus extremos. c. Paraboloides Elípticos Su figura se engendra por el desplazamiento de una parábola (generatriz) a lo largo de otra parábola (directriz)
2.3.3.1.
Comportamiento estructural En las cúpulas esféricas los meridianos transmiten esfuerzos de compresión. Los paralelos transmiten esfuerzos de compresión arriba del paralelo colocado a los ¾ del Radio R de la cúpula, más debajo de éste se producen esfuerzos anulares de tracción. Por efecto del aplastamiento que sufren las cúpulas se presentan flexiones de pequeña intensidad que en los casos generales no se consideran. En las cúpulas esféricas el comportamiento es similar al anterior ya que en el anillo a nivel de la base se presentan algunas flexiones horizontales debido a la variación de carga horizontal existente entre los dos ejes horizontales del anillo. En los paraboloides elípticos los esfuerzos de tensión máximos ocurren en las esquinas como resultante de las fuerzas cortantes, lo que hace que la fuerza diagonal de tensión sea igual a la fuerza cortante.
