Estructuras de forma activa

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
•
•
•
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



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.





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.




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