CERR.CONFORMADOS-FINAL. 2005 [Sólo lectu
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CERRAMIENTOS SUPERIORES CONFORMADOS DE EJE CURVO BIBLIOGRAFÍA § SISTEMAS DE ESTRUCTURAS ( ENGEL - HEINRICH) § ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS ( SALVADORI – HELLER) §CONSTRUCCIÓN LAMINAR (FRED ANGERER) §OBRA DE ELADIO DIESTE PUBLICADO POR LA JUNTA DE ANDALUCIA §ENCICLOPEDIA DE LA COSTRUCCIÓN (EDITORIAL ETA, FASC. 2280-2300-2310-2320-2330-2340-2350) 1 INTRODUCCION ESTRUCTURA INSTRUMENTO PRIMARIO PARA CONSTRUIR FORMAS Y ESPACIOS Flujo de fuerza Responde a una imagen funcional Estructura resistente INTRODUCCION CERRAMIENTO SUPERIOR RESISTENTE POR LA FORMA: “ SE DENOMINAN ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA (AUTOPORTANTE) AQUELLAS CUYA RESISTENCIA SE OBTIENE DANDO FORMA AL MATERIAL SEGÚN LA CARGAS QUE DEBEN SOPORTAR.” INTRODUCCION Ø LIMITANTE ESPACIO INTERIOR Ø ASPECTO EXTERNO DEL EDIFICIO “Forma con significado estético” 2 INTRODUCCION Para construir “ ESTRUCTURAS AUTOPORTANTES” presupone conocer: ü su geometría o leyes formales y espaciales üse funcionamiento mecánico üSu potencial de diseño, el espacio que genera. ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA DOS GRUPOS: 1 – Las membranas 2 – Cáscaras ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA LAS MEMBRANAS: - elementos superficiales elásticos - mínimo espesor - continuidad superficial - estado plano de solicitación (Tracción) - aprovecha al máximo la capacidad resistente - tensiones tangenciales en cada punto de la superficie 3 ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA EJEMPLOS MEMBRANAS: C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. - CONCEPTOS “LA LÁMINA ES UN ELEMENTO SUPERFICIAL DELGADO , CUYA SUPERFICIE MEDIA ES EQUIDISTANTE DE LAS CARAS EXTERNAS DE LA MISMA” (solicitaciones en este plano) NO HAY ESFUERZOS DE FLEXIÓN C.C.E.C. C.C.E.C. - CONCEPTOS ELEMENTOS LAMINARES: ü losa – fuerza perpendicular al plano ü viga- pared – fuerza paralela al plano 4 C.C.E.C. C.C.E.C. - CONCEPTOS ELEMENTOS LAMINARES: ü cáscaras – superficie adopta formas curvas ü plegaduras – superficie conforma pliegues ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA CASCARA : “LA CÁSCARA ES UN ELEMENTO LAMINAR CURVO CUYA SUPERFICIE MEDIA ES DE SIMPLE O DE DOBLE CURVATURA” ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA CASCARA : ESTADO TENSIONAL DE MEMBRANA EN EL QUE ACTÚAN FUERZAS TANGENCIALES A LA CURVATURA MATERIAL DURO Y RESISTENTE 5 ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA Condiciones a cumplir de la CÁSCARA, (libre de flexión): § continuidad superficial § espesor constante § distribución uniforme cargas §Fuerzas de borde tangenciales a la superficie media § continuidad cáscara – apoyo, sin restricciones ESTRUCTURAS RESISTENTES POR LA FORMA EJEMPLOS CASCARAS : C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS TENSIONES TANGENCIALES A LA CURVATURA “Las tensiones tangenciales son lo esfuerzos tangentes a la lámina en cada punto de la superficie”. “ACCION DE MEMBRANA” 6 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – ORIGEN DE LA FORMA IDEA ELEMENTAL DEL MECANISMO PORTANTE EN ESTRUCTURAS RESISTENTES : CABLE ARCO Esfuerzo de tracción Esfuerzo de compresión C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – ORIGEN DE LA FORMA Peso propio CABLE CATENARIA “ La catenaria es el lugar geométrico de los puntos sometidos exclusivamente a esfuerzos de tracción” C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – ORIGEN DE LA FORMA Peso propio ARCO LINEA DE PRESIONES “ La línea de presiones , es la resultante del peso propio y el empuje recibido por cada uno de los componentes anteriores, perpendicular al punto de tangencia” 7 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – ORIGEN DE LA FORMA El eje del arco o línea de presiones , corresponde a la catenaria invertida El arco trabaja con esfuerzos de compresión perpendiculares a las juntas de sus componentes. C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – ORIGEN DE LA FORMA EMPUJE HORIZONTAL Inversamente proporcional ALTURA ARCO C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CLASIFICACIÓN 1 – Según la curvatura en un punto SIMPLE CURVATURA DOBLE CURVATURA (desarrollables ) (no desarrollables) SINCLÁSTICAS ANTICLÁSTICAS 2 – Según la forma de generación – (geometria) revolución CONOS CILINDROS traslación BOVEDAS revol. trasl. revol. CUPULAS PARAB. ELÍPTICO HIP. REVOL. trasl. PARAB. HIPERBOLICO BOVEDAS GAUSAS CONOIDE 8 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS SIMPLE CURVATURA recta curva Planos DOBLE CURVATURA Principales curva curva C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS PLANOS PRINCIPALES: “SE LLAMAN PLANOS PRINCIPALES AQUELLOS ORTOGONALES ENTRE SI Y CUYAS INTERSECCIONES TIENEN RADIOS DE CURVATURA EXTREMOS (máximo y nulo)” C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS DESARROLLABLE Inflexión de la generatriz rectilínea NO DESARROLLABLE 9 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS SINCLÁSTICA ANTICLÁSTICAS Curvatura positiva Curvatura negativa - + C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS DE REVOLUCIÓN DE TRASLACIÓN C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONCEPTOS FORMAS ESTRUCTURALES FIGURAS GEOMETRICAS ESTRUCTURALES FUNCIONES PORTANTES COSNTRUCTIVAS GEOMETRIA Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 10 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – SIMPLE CURVATURA DE REVOLUCIÓN FORMAS ESPECIALES TORO Eje de revolución CONO CILINDRO C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – SIMPLE CURVATURA,DE TRASLACIÓN BOVEDAS C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDAS De simple curvatura, superficie desarrollable y se genera por traslación GENERACIÓN recta curva 11 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDAS ACCIÓN ESTRUCTURAL 1 - BOVEDA CAÑON O DE EMPUJE 2 – BOVEDA AUTOPORTANTE O CÁSCARA C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA CAÑON C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA CAÑON COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Sobre pared Sobre viga DESCARGA Q=P+E P = carga vertical E = EMPUJE 12 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA CAÑON ABSORCIÓN DE EMPUJES HORIZONTALES 1 – BOVEDA AISLADA -DESCARGA LINEAL (pared) 1 – contrafuertes ( masa) 2 – contrafuertes (gótico) C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA CAÑON ABSORCIÓN DE EMPUJES HORIZONTALES 1 – BOVEDA AISLADA - DESCARGA LINEAL (viga) Deformación por empuje Deformación por carga C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA CAÑON ABSORCIÓN DE EMPUJES HORIZONTALES 1 – BOVEDA AISLADA 1.1 – viga lateral 1.2 – tensor 13 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA CAÑON ABSORCIÓN DE EMPUJES HORIZONTALES 2 – SUCESIÓN DE BOVEDAS 2.1 – viga lateral en el extremo 2.2 – tensores C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA AUTOPORTANTE C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA AUTOPORTANTE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL “VIGA DE SECCION TRANSVERSAL CURVA” 1 – capacidad de carga transversal (arco) 2 – capacidad de carga longitudinal (lámina) 3 – acción de los cabezales ( tímpanos) 14 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA AUTOPORTANTE 1 – RIGIDIZACION POR DEFORMACION TRANSVERSAL ü por pandeo ü por empuje de vientos o carga puntual C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA AUTOPORTANTE 2 – RIGIDIZACION POR DEFORMACION LONGITUDINAL ü por tangente del extremo no es vertical (momento flector de borde) C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA AUTOPORTANTE FATIGAS DE FLEXION EN RIGIDIZACIONES membrana cilíndrica larga membrana cilíndrica corta 15 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA AUTOPORTANTE DIESTE – “ NO A LOS ANTIESTÉTICOS Y CAROS TÍMPANOS” TÍMPANOS C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – DOBLE CURVATURA DE REVOLUCIÓN CÚPULAS C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULAS De doble curvatura, superficie no desarrollable, sinclástica y se genera por revolución DOBLE CURVATURA GENERACIÓN curva curva 16 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 1 – ESFÉRICA (tracción y compresión) MERIDIANO C CASQUETE PARALELO NEUTRO T RIÑON PARALELO ECUADOR C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL ü Deformación bajo la acción de las cargas ü Forma anular C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA ESFUERZO DE MEMBRANA (esfuerzo meridional y anular) MECANISMO DE CORTE 17 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA Transmisión de cargas en membrana bajo carga simétrica – (APOYO) C T APOYO CONTINUO APOYO DISCONTINUO C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA REACCIONES DE BORDE ü Apoyo – tangente vertical – sin empuje ü Apoyo – tangente no vertical – con empuje E T Φ Φ< < 90 90 ºº -- EMPUJE EMPUJE Φ Φ V Flexión en el borde C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA FLEXION EN EL BORDE Apoyo con movilidad Resistencia por rozamiento Reacción horizontal 18 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA REDUCCION FLEXION EN EL BORDE (PRETENSADO) Deformación anular opuesta al borde de membrana Coincide sentidos de fuerzas por pretensado C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA CUPULAS DE HORMIGÓN ARMADO 2 CONDICIONES ADICIONALES PARA AUMENTO EL ESPESOR: üRecubrimiento de las armaduras en ambas caras. ü Evitar el pandeo ( nervaduras) C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 2 – REBAJADA üSerie de arcos apoyados en paralelos ü Tensiones de compresión 3 – PARABÓLICA ü Tensiones de tracción y compresión 19 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CÚPULA TRES CONDICIONES A CUMPLIR POR LA CÚPULA : ü Ser delgada - no flexión ü Curvatura continua - resistente y rígida, derivado de la forma ü Apoyo adecuado - pequeña flexión , en porción limitada de la cáscara C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – DOBLE CURVATURA DE TRASLACIÓN PARABOLOIDE ELÍPTICO C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE ELÍPTICO De doble curvatura, superficie no desarrollable, sinclástica y se genera por traslación DOBLE CURVATURA GENERACIÓN 20 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE ELÍPTICO AREA A CUBRIR: RECTANGULAR CUADRADA C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE ELÍPTICO COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 1 – Cargas simétricas respecto al eje vertical EMPUJES Se evita REPARTICIÓN DEL MATERIAL 2 – Libre de flexión C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE ELÍPTICO COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL üTensiones de corte - arcos de borde üAcción de cilindro en el borde üAcción de cúpula rebajada en el centro Transmisión de las cargas a los bordes por mecanismo de arco – rigidizar bordes por empuje 21 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – DOBLE CURVATURA DE REVOLUCIÓN HIPERBOLOIDE DE REVOLUCIÓN C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – DOBLE CURVATURA DE TRASLACIÓN PARABOLOIDE HIPERBÓLICO C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO De doble curvatura, superficie no desarrollable, anticlástica y se genera por traslación DOBLE CURVATURA 22 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO GENERACIÓN C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO CURVAS DE SECCION DE PARABOLOIDE HIPERBÓLICO Secciones verticales paralelas a la generatriz (superficie reglada) C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO SUPERFICIE REGLADA - generación por traslación “Generatriz se desplaza a lo largo de 2 parábolas o dos rectas que no se encuentran en el mismo plano.” 23 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO SUPERFICIE REGLADA - generación por alabeo del plano C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 24 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO ESTABILIZACION CONTRA EL VUELCO vuelco Atirantamiento Apoyo en pilares Conexión rígida C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO COMPOSICIONES CON 4 PARABOLOIDES SOBRE PLANTA CUADRADA 4 lados a la misma altura 2 lados y 2 pliegues a la misma altura 4 pliegues a la misma altura Todos los lados y pliegues inclinados C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DEL SISTEMA DE 4 PARABOLOIDES Caballete – tracción Tirantes – tracción Pliegues y bordes compresión Borde y cumbrera compresión Bordes – tracción Pliegues - compresión 25 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO SISTEMAS ESTRUCTURALES PARA GRANDES ESPACIOS - ADICION C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – PARABOLOIDE HIPERBOLICO 26 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – DOBLE CURVATURA DE TRASLACIÓN CONOIDE C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONOIDE De doble curvatura, superficie no desarrollable, anticlástica y se genera por traslación DOBLE CURVATURA La superficie de doble curvatura se genera simétricamente con respecto al plano medio C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONOIDE GENERACIÓN 27 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONOIDE VARIANTES ESQUEMA engel 1 de 347 y transparencia 1 de 30 ferrando cortes de planos 2 directrices rectas 2 directrices curvas de distinto radio de curvatura C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONOIDE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Depende de las condiciones de apoyo: Ø bordes rectos con soporte - como arco con tensor ØBordes rectos no apoyados - como cilindro de altura variable C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONOIDE SISTEMAS DE ESTRUCTURAS PARA GRANDES CUBIERTAS Uso más común como “Shed” 28 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – CONOIDE C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – DOBLE CURVATURA DE TRASLACIÓN BOVEDAS GAUSAS C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA De doble curvatura, superficie no desarrollable, anticlástica y se genera por traslación 29 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA DOBLE CURVATURA La superficie de doble curvatura se genera simétricamente con respecto al plano medio C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA GENERACION C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL ØEje neutro inclinado hacia el borde superior de la cáscara - compresión compresión por por encima encima del del eje eje neutro neutro -- tracción tracción por por de de bajo bajo del del eje eje neutro. neutro. compresión tracción Eje neutro 30 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Ø Rigidización longitudinal (armaduras en esa dirección) - Variación de flecha con disminución capacidad resistente Ø Sentido transversal – se solidariza por la gravedad misma . “LA FORMA DE CATENARIA EN SECCIONES TRANSVERSALES, para el peso propio, estas SOLO SE COMPRIMEN” C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Ø Forma de catenaria a todas las secciones transversales - peso propio - compresión Ø Ondulación – incrementa el momento de inercia - incrementa su rigidez al pandeo - capacidad de resistir acciones externas C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – BOVEDA GAUSA 31 C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – FORMAS CONSTRUCTIVAS HORMIGÓN ARMADO Ø Resistir esfuerzos de membrana (tracciones ) y tensiones secundarias de flexión. ØControlar retracción y dilatación (superficie expuesta) ØMalla de distribución de carga ØHormigón de baja granulometría ØConsistencia del hormigón en relación a la pendiente CERAMICA ARMADA C.S.C.E.C. C.S.C.E.C. – FORMAS CONSTRUCTIVAS CERAMICA ARMADA Ø Alta resistencia mecánica (500Kg/ cm²) ØLiviandad (peso/ m²) ØMenor m ódulo de elasticidad (E), mayor adaptaci ón a las deformaciones ØFacilidad de Reparaci ón ØBuena aislaci ón térmica ØMejor comportamiento acústico ØRegula la humedad ambiente ØMejora costos unitarios 32 SUPERFICIES PLEGADAS SUPERFICIES PLEGADAS ELEMENTO LAMINAR: Tensiones normales y planas SUPERFICIES PLEGADAS Adquieren su rigidez por la presencia de los PLIEGUES (aristas), que actúan como apoyos virtuales. 33 SUPERFICIES PLEGADAS COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Como losa Como lámina Como cercha SUPERFICIES PLEGADAS COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL SUPERFICIES PLEGADAS COMPARATIVO DE LAMINA PLEGADA Y UNA LOSA NERVADA Reducción de la luz de la lámina Eliminación de nervios Aumento de la capacidad portante 34 SUPERFICIES PLEGADAS DEFORMACIONES CRÍTICAS DEL PERFIL PLEGADO Desplazamiento Abolladura de 2 Abolladura de 1 Modificación ángulo RIGIDIZACIÓN Láminas transversales inferiores Láminas transversales superiores Pórticos transversales inferiores SUPERFICIES PLEGADAS DEFORMACIONES CRÍTICAS DEL BORDE EXTERIOR Esfuerzos perpendiculares al plano RIGIDIZACIÓN Vigas verticales Vigas horizontales Vigas perpendicular al borde Viga en el plano SUPERFICIES PLEGADAS - Piramidales PLEGADOS PIRAMIDALES Transmisión simplificada de carga Como losa Como lámina Como cercha 35 SUPERFICIES PLEGADAS – Piramidales DEFORMACIONES DEL PERFIL PLEGADO RIGIDIZACIÓN SUPERFICIES PLEGADAS DEFORMACIONES CRÍTICAS DEL BORDE INFERIOR Y SU RIGIDIZACIÓN Abolladura horizontal Abolladura vertical Rigidizador horizontal Rigidizador vertical FIN FACULTAD DE ARQUITECTURA- UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA – R.O. DEL URUGUAY 36
