Estructuras de forma activa

Solicitaciones y reglamentaciones

BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA

Facultad de arquitectura Profesor: Carlos Alejandro Curro Castillo EQUIPO #7 Bravo Sánchez Marcos Antonio Herrera Romero Osmara Vianey Peralta Mendoza Luis Fernando Romero Romero Begonia

Cuestionario 1.- ¿ Como pueden ser los estados de solicitación interna? 2.- ¿Cuáles son los 3 elementos para generar una superficie de traslación? 3.- ¿ A que llamamos estructuras neumáticas?

4.- ¿ Que tipos de membranas hay? 5.- ¿Cómo debe ser la forma de apoyo de las estructuras de Compresión dominante? 6.- ¿ Que es el Pandeo?

Estructuras de forma activa

Sistemas estructurales que actúan por medio de su forma material que adopta la forma del camino de las cargas expresadas en la materia.

Los estados de solicitación interna pueden ser.. Tracción pura

Compresión dominante

Compuesto por 2 dif. familias

Estructuras de tracción pura

Estructuras neumáticas

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Arco Cúpula Bóveda

ESTRUCTURAS DE TRACCION PURA Las estructuras sometidas exclusivamente a tensiones de tracción se denominan sistemas estructurales de tracción pura y actúan adaptando su forma según la distribución de las cargas a la que esta sometida la estructura y desarrollando tensiones exclusivamente de tracción en todo el sistema.

Mecanismo de desviación de cargas Una estructura sometida a solicitación de tracción pura, Adquiere la forma del funicular para el estado de cargas a la cual se halla solicitado al sistema. Existe una relación estrecha entre las forma y las cargas externas:  Para un cable uniforme cargado el polígono funicular es una curva denominada Catenaria.

 Para un cable cuya

proyección horizontal de carga es uniforme, la forma que adopta el funicular es de una curva denominada parábola.

Materiales Elementos resistentes de la estructura sometida a tracción pura son:  Cables  Materiales lineales  Materiales flexibles  Materiales Poco extendibles.

Estabilización de la cubierta

 Sistema de cubierta apto para la función

proyectada.  Elementos modulares livianos. Las deformaciones que se dan en el conjunto causadas por el efecto del viento se pueden evitar:  Aumentar el peso propio de la estructura  Pretensar el sistema para destraccionarlo

Estructuras de tracción pura Posibilidades formales que adoptan …

Simple curvatura

• Superficies de Revolución. superficies cilíndricas. • Superficies de traslación. Superficies cónicas.

Doble curvatura total

Positiva • Paraboloide elíptico • Casquete esférico • Superficie de revolución Con generatriz curva

Negativa • Paraboloide elíptico • Hiperboloide de revolución • Conoide

Superficies de Revolución

Se genera mediante la rotación de una curva plana, o generatriz, alrededor de una recta directriz, llamada eje de rotación, la cual se halla en el mismo plano de la curva.

Superficie de Revolución Cilíndrica Es generada por la rotación de una línea recta, paralela al eje de rotación, alrededor del mismo; esta superficie determina un volumen denominado cilindro, que se denomina sólido de revolución; la distancia entre el eje y la recta se denomina radio.

Superficies de Traslación Para generar una superficie de traslación son necesarios 3 elementos: 1.-Generatriz 2.-Directriz 3.- Plano director En el caso de superficies curvas existen 2 posibilidades:  Que la directriz o generatriz sea una línea recta : Se generan superficies de simple curvatura desarrollables.  Que la generatriz o directriz sean curvas: Se generan superficies de doble curvatura.

Superficie de Traslación Cónica Es generada por la rotación de una recta alrededor de un eje al cual interseca en un punto, llamado vértice o ápice, de forma que el ángulo bajo el que la generatriz corta al eje es constante; la superficie cónica delimita al volumen denominado cono.

SITEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA

ESTRUCTURAS DE TRACCIÓN PURA

Son sistemas que, bajo cargas de servicio, sus elementos están solicitados a tracción pura o baricéntrica, actúan mediante su forma. Las fuerzas externas se encausan por la forma, por simples esfuerzos normales. Son el camino de las fuerzas expresado en la materia. Se componen por:  Tensores  Membranas  Cables

Su característica fundamental es que: Su forma se adapta a un funicular de cargas externas para poder cumplir con la función de transmitir las cargas. Son los sistemas económicos para cubrir grandes luces y conformar espacios, si se tiene en cuenta la relación luzpeso. No obstante requieren de apoyos importantes, lo que complica su uso.

CARGAS PERMANENTES  ¾ Peso propio de la estructura  ¾ Peso propio de la cubierta  ¾ Peso propio de las instalaciones CARGAS ACCIDENTALES  ™ Viento  ™ Nieve SE REALIZAN CON MATERIALES  1) Muy resistentes a la tracción  2) Flexibles  3) Poco extensibles Hilos : Soga de fibra vegetal Soga de fibra

ACTIVA Elementos resistentes Superficiales Membranas: Espesor despreciable y gran superficie: Lonas de tejidos plastificados • Mallas y Redes • Películas, tejidos, etc. Para cada conjunto de cargas externas existirá una forma de equilibrio: el funicular de cargas. A medida que aumenta el número de cargas el polígono funicular tomará un número creciente de lados (curva funicular)

POSIBILIDADES FORMALES 

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CILINDRICAS: Simple curvatura REVOLUCION: Doble curvatura total positiva o negativa. SILLA DE MONTAR: Doble curvatura total negativa.

CILÍNDRICAS. Cubiertas de tracción pesada. REVOLUCIÓN.  Curvas del mismo signo: Doble curvatura total positiva.  Curvas de distinto sigo: Doble curvatura total negativa. TRASLACIÓN. Silla de montar: Generatriz y directriz con curvatura inversa.

REGLAMENTO CIRSOC 201 Cap.19 - 423 19.2.4. El Reglamento permite utilizar el análisis experimental o numérico cuando se demuestre que dichos procedimientos constituyen una base segura para el diseño. 19.2.5. El Reglamento permite la utilización de métodos aproximados de análisis cuando se pueda demostrar que dichos métodos constituyen una base segura para el diseño. 19.2.6. En las cáscaras pretensadas, el análisis debe también contemplar el comportamiento de la estructura bajo la acción de las siguientes cargas: cargas inducidas durante el pretensado; carga de fisuración, cargas mayoradas. Cuando los cables de pretensado estén ubicados dentro de la cáscara, el diseño debe considerar las componentes de las fuerzas resultantes del trazado espacial del cable sobre la cáscara. 19.2.7. El espesor de una cáscara y su armadura deben estar dimensionados para las condiciones de resistencia y de servicio exigidas, utilizando el método de diseño por resistencia. 19.2.8. El diseño o proyecto estructural debe investigar la inestabilidad de la cáscara y demostrar que se han adoptado todas las medidas para evitarla.

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19.2.8. El diseño o proyecto estructural debe investigar la inestabilidad de la cáscara y demostrar que se han adoptado todas las medidas para evitarla. 19.2.9. Los elementos auxiliares se deben dimensionar de acuerdo con las prescripciones de este Reglamento que resulten de aplicación. El Reglamento permite suponer que una franja de la cáscara, igual al ancho del ala, de acuerdo con el artículo 8.10., actúa en forma conjunta con el elemento auxiliar. En dichas áreas de la cáscara, la armadura perpendicular al elemento auxiliar debe ser como mínimo igual a la especificada en el artículo 8.10.5., para el ala de una viga T. 19.2.10. El diseño por resistencia última de cáscaras delgadas en régimen membranal solicitadas a flexión, se debe basar en la distribución de tensiones y deformaciones que se determine a partir de un análisis elástico o inelástico. 19.4.10. La armadura de la cáscara, en cualquier dirección, debe tener una separación máxima de 200 mm, o 2 veces el espesor de la cáscara. Cuando la tensión membranal principal de tracción, debida a las cargas mayoradas, exceda de f'c 3 1 φ , la armadura deberá tener una separación ≤ 1,5 veces el espesor de la cáscara.

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19.4.11.

La armadura de la cáscara, en su unión con los elementos de apoyo o con los elementos de borde, se debe anclar o prolongar dentro de dichos elementos de acuerdo con las especificaciones del Capítulo 12, excepto que la longitud de anclaje mínima debe ser: 1,2 ld ≥ 500 mm 19.4.12. Las longitudes de empalme de la armadura de la cáscara deben verificar las especificaciones del Capítulo 12, excepto que la longitud mínima de empalme de las barras o alambres traccionados debe ser: 1,2 veces el valor indicado en el Capítulo 12, ≥ 500 mm El número de empalmes en la armadura principal traccionada se debe mantener dentro de un mínimo práctico desde el punto de vista constructivo. En los lugares donde se necesiten empalmes, los mismos se deben separar, como mínimo, una distancia igual a ld y no se debe empalmar más de 1/3 de la armadura en cualquier sección.

Estructuras neumáticas (solicitaciones y reglamentación) Le llamamos estructura neumática a aquellas cuya forma y estabilidad están determinadas únicamente o, en gran manera, por una diferencia de presión de gases, generalmente aire, que produce en el caso de las membranas esfuerzos de tracción. Solicitaciones exclusivas a tracción

La presión interna estabiliza la estructura con presión externa

La membrana tensada por presión de aire interior es capaz de resistir fuerzas exteriores, constituyendo así una estructura portante neumática que puede estar formada tanto pro una membrana simple o doble

Es decisivo para la construcción y diseño de estas estructuras el conocimiento exacto de los distintos estados de cargas, aunque su calculo no se realiza para los valores máximos, ya que se puede ir adaptando a los diferentes estados de cargas aumentando o reduciendo la presión interior.

Elementos neumáticos que pueden ser regulados al aumentar o reducir presión proporcionando la rigidez necesaria a la estructura

El peso propio de los materiales es mínimo y puede ser despreciado, si existieran cargas concentradas deberán ser absorbidas por elementos de refuerzo como cables o redes pero en cualquier caso no deberán generar tenciones de compresión en la membrana.

Elementos de refuerzo (red y cables) ejemplo de cargas concentradas en una membrana

En una construcción soportada por aire deben considerarse tres tipos de carga: •Cargas muertas: son el peso propio de la estructura, el cual es tan insignificante el cual puede despreciarse en el momento de proceder al diseño. La influencia del peso propio es mayor en el plano horizontal y desciende gradualmente hasta cero conforme se acerca al plano vertical. •Cargas suspendidas de la membrana •Cargas vivas: son las causadas por los parámetros climáticos como la lluvia y como la nieve.

•Cargas de presión

FACTORES FISICO – ESTRUCTURALES • Control de humedad Ya que las membranas son impenetrables, es necesario, para un mayor confort, la penetración de aire y humedad. Para ello, se agregan faldones de ventilación, dejando estos que el aire circule mas fácilmente, pudiendo ser omitidos al realizar cambios totales de aire por hora (cuando las membranas son telas forradas).

• Control térmico Por la delgadez de las membranas, los índices de aislamiento térmico son muy bajos, asimilándose al de un cristal en una ventana. Para evitar este factor se puede revestir dicha membrana con material aislante, por medio de una laminación (colocándose espuma hecha de goma, polistirol, PVC y poliuretano, etc.).

• Acústica Aunque este tipo de edificios aun no son aptos para representaciones musicales, las cuales poseen grandes exigencias acústicas. Se pueden lograr muy buenos resultados colocando una instalación de altoparlantes correctamente dispuesta para eventos tales como conferencias, reuniones, etc.

Elementos constitutivos • • • •

Membrana estructural Medios para soportar la membrana Medios de anclaje al suelo Medios de entrada y salida Detalle de la estructura de acero lista para cubrirse con la membrana

MEMBRANA ESTRUCTURAL Materiales Los materiales aptos para estructuras deben satisfacer requerimientos en cuanto a… • Tracción • Flexibilidad • Durabilidad Los mas apropiados y mas utilizados son las membranas hechas de fibras sintéticas o fibras de vidrio , revestidas por películas de PVC, poliéster o poliuretano. Las películas sintéticas son de fácil fabricación pero menor durabilidad.

Tipos de membranas: • Membranas de tejidos con una capa de revestimiento • Membranas de caucho

• Membranas de tejido metálico • Membranas de laminas de metal • Espumas plásticas rigidizantes Se utilizan para darle la rigidez que necesita la estructura evitando la necesidad de un continuo suministro de aire para mantenerse erecta. Por ejemplo, la espuma de poliuretano.

ANCLAJES La fuerza que ejerce el aire contra la gravedad hace que los diferentes tipos de membranas que componen la estructura tiendan a ascender, para contrarrestar esta fuerza ascensional es necesario adherir a la estructura una especie de mecanismo capaz de evitar el asenso indeterminado de la membrana a la cual se le esta aplicando aire. Este mecanismo es denominado anclaje

Cualquiera que sea el método empleado para el anclar la estructura, las fuerzas de anclaje deben ser distribuidas uniformemente en todo el perímetro del edificio con el fin de evitar las concentraciones de tensiones en la membrana (a menos que esta este reforzada por cables o redes, en cuyo caso el anclaje deberá efectuarse en determinados puntos). Dos son los métodos empleados para contrarrestar esas fuerzas ascensionales: El lastre y el Anclaje positivo en el suelo.

El Lastre El anclaje a base de lastre se usa principalmente en estructuras que deben desplazarse frecuentemente de un lugar a otro. Como las condiciones del lugar pueden variar considerablemente, deben elegirse en cada caso los métodos de lastre apropiados.

Lastre de agua A primera vista, el agua puede parecer ideal como lastre, puesto que su precio es insignificante y se encuentra fácilmente, pero como esta es vulnerable a las acciones vandálicas y a los deterioros accidentales solo vasta un agujero para que peligre toda la estructura. Esto determina la fragilidad que este tipo de lastre presenta.

Lastre de tierra Este método consiste en llenar el tubo del lastre con alguna materia sólida como tierra, arena o gravilla. El tubo se une al perímetro y se corta a lo largo de su cara exterior para facilitar las operaciones de vaciado y llenado. Una vez lleno el tubo, se ata o une firmemente a la estructura.

Otra variante de este método consiste en excavar alrededor de la estructura una zanja en la cual se coloca la falda o ala que corre en el perímetro de la misma estructura; con el subsiguiente relleno de la zanja. También es aconsejable como lastre un material mas denso, como las planchas de hormigón y las piedras.

Sistema de anclaje en el suelo

En este tipo de sistemas la membrana está positivamente atada al suelo en frecuentes intervalos. Las fuerzas de anclaje deben distribuirse uniformemente en la membrana y a lo largo del perímetro de la estructura, lo que puede lograrse de varias maneras. Los anclajes del suelo pueden ser clasificados en dos grupos generales: los anclajes de superficie y los subterráneos.

Anclajes atornillados En estos se remata la membrana con un dobladillo, por el que pasa una cuerda; se toman después tiras de acero, hierros en ángulo, mangueras o incluso listones de madera y se atornilla, por encima mismo del dobladillo y a través del tejido, a un durmiente de madera. Esas secciones de acero o de madera forman una faja continua alrededor del perímetro y se fijan al durmiente de madera que generalmente está empotrado en hormigón.

Manguera en dobladillo Consiste en un dobladillo abierto, cosido en el extremo inferior de la membrana, con aberturas semicirculares dispuestas a intervalos de aproximadamente 1 metro. En este dobladillo hay insertadas secciones de mangueras que están fijadas a los anclajes en las aberturas indicadas

Anclajes centenarios Consiste en colocar un cable o una cuerda en catenaria en el interior de una vaina de tejido, que se cose en la base del material de la membrana. Esta catenaria se fija directamente a los anclajes, en frecuentes intervalos. Este sistema es muy flexible y resulta útil cuando una estructura deba usarse en dos o mas lugares con anclajes dispuesto permanentemente, o cuando en una localidad debe constituirse estacionalmente una misma estructura

ABERTURAS DE ACCESOS Esta es la faceta de la estructura soportada por aire que presenta el mayor problema de diseño. • Puertas – trampa

• Puertas sobre deslizantes

• Puertas tipo labio

ESTRUCTURAS DE COMPRESION DOMINANTE VIDA UTIL

CUALQUIER SECCION

Elementos que la componen están solicitados exclusivamente

A ESFUERZOS DE COMPRESION.

LIMITANTE BAJO CUALQUIER ESTADO DE CARGAS DE SERVICIO NO APAREZCAN TENSIONES DE TRACCION EN NINGUNA SECCION DE LA ESTRUCTURA

MECANISMO DE DESVIACIÓN DE CARGAS DEFORMACIONES

COMPRESION

TRACCION

CONTRARIAS

Hay un acortamiento den la dirección de la aplicación de la carga

Y un ensanchamiento Debido a Que la Masa del Cuerpo no varía

En este tipo de estructuras la forma de la misma coincide con el “camino” de las cargas hacia los apoyos.

ESTRUCTURAS DE TRACCION A

B

TRACCION K.P=F

Si para una carga P A y una forma K la Estructura resulta Solicitada a tracción Pura, la inversión de la forma producirá Una estructura de Compresión.

B COMPRESION (-K).P=-F

La forma dual del cable colgado es el arco

Estructuras que trabajan A compresión

Debido al peligro de PANDEO

Debe existir una cierta Rigidez transversal

POR LO QUE

LA FORMA NO SE PUEDE ADAPTAR A LOS CAMBIOS DE CARGA

FLEXOCOMPRESION

La estructura se diseña de Compresión pura Para un estado de cargas Considerado principal (peso propio)

Bibliografía • http://www.semanbaker.com.mx/index.html • http://hipercroquis.net/2006/11/29/rojkindarquitectos-torre-absolute-mississauga-ontariocanada/ • http://books.google.com.mx/books?id=OzfgDJMEaqMC &pg=PA151&hl=es&source=gbs_toc_r#v=onepage&q &f=false