SISTEMAS DE ESTRUCTURAS DE
Un material no rígido y flexible con una forma determinada y fijado por sus extremos puede sostenerse por si solo y cubrir un espacio, es a lo que llamamos un sistema de estructuras de forma activa.
El cable suspendido transmite cargas directamente al punto de suspensión, y el pilar vertical las transmite en sentido opuesto al punto de apoyo; transmitiéndolas mediante esfuerzas normales (compresiones y tracciones), que permiten cubrir un espacio empleando la mínima cantidad de material posible consiguiendo grandes luces y espacios diáfanos.
Uniendo dos cables suspendidos en diferentes puntos se obtiene un cable portante, que además de soportar su propio peso transmite fuerzas lateralmente a través de esfuerzos de tracción. La forma inversa del cable suspendido es el arco funicular, cuya forma ideal es la línea de suspensión correspondiente a dicha carga.
El mecanismo portante de este sistema depende sobre todo de la forma del material. La forma del sistema de estructuras de forma activa responde exactamente a la distribución de los esfuerzos, son la expresión material de las direcciones “naturales” de las fuerzas.
La línea “natural de los esfuerzos en un sistema de compresiones de forma activa es el arco funicular, y la de un sistema de tracciones de forma activa es el cable suspendido.
Cualquier variación de las condiciones de carga modifica la forma del sistema y crea una nueva forma estructural. El cable suspendido, siendo “elástico” adopta por si mismo la nueva línea de suspensión, mientras que el arco funicular con un sistema “resistente”, ha de absorber a través de su rigidez la variación de los esfuerzos, por lo que solo responde a determinados estados de carga.
PROPIEDADES:
· Desvían las fuerzas exteriores a través de fuerzas normales: el arco funicular mediante compresiones y el cable suspendido mediante tracciones.
· Por su comportamiento, el arco funicular y el cable suspendido son una característica de los sistemas estructurales de forma activa.
· Debido a su dependencia del estado de las cargas, están sometidas a disciplinas de la “transmisión natural de los esfuerzas” por lo que no se les puede dar una forma arbitraria.
· Varios sistemas estructurales de forma activa, unidos forman estructuras de superficie, conservando sus características.
Las propiedades de este sistema pueden aplicarse a todos los demás sistemas estructurales, constituyendo la primera base científica para cualquier ingeniero o arquitecto.
Cubierta de estructura de cables.
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Los elementos cortos, rígidos y rectos, es decir barras, son elementos estructurales que por su reducida sección en comparación a su longitud, sólo pueden transmitir cargas en la dirección de las barras mediante fuerzas normales (tracciones y compresiones).
Las barras a tracción o compresión unidas forman un triángulo que puede transmitir diferentes cargas, incluso asimétricas, a los extremos.
Mediante este sistema se cambian las direcciones de las fuerzas dividiéndolas en las direcciones de las barras y las equilibra mediante las correspondientes reacciones.
Ya que las posiciones de las barras determinan la magnitud de la fuerza, es conveniente un ángulo de 45° a 60° respecto a la dirección de la carga.
Conocer la geometría espacial. Las propiedades de los poliedros y las leyes de la trigonometría esférica es imprescindible para aplicar las posibilidades de las mallas espaciales formadas por este sistema.
El cambio de dirección de las cargas mediante elementos vectoriales, no debe efectuarse en un solo plano y la transmisión de los esfuerzos no debe realizarse en un solo eje.
La aplicación biaxial de las estructuras de barras trianguladas conduce a las mallas espaciales planas, comparándose con una viga de celosía apoyada en dos extremos.
CARACTERISTICAS:
· Los Sistemas de vector activo es la triangulación de las barras.
· La posición de las barras determina la magnitud de las fuerzas vectoriales en las barras
· La eficiencia del sistema depende de los diferentes elementos (barras) que trabajan a tracción o a compresión.
· Los sistemas de estructuras de vector activo son especialmente apropiados como si8stemas portantes para edificios de gran altura, al presentar grandes ventajas como estructuras verticales; pueden combinar las funciones estáticas de agrupamiento, transmisión directa de cargas y rigidización lateral frente al viento.
Este sistema es la base del desarrollo urbano del futuro de las ciudades en su tercera dimensión: la altura. Además de que su transparencia expresa convincentemente la capacidad humanas de inventar y manipular las fuerzas y dominarla gravedad.
Cubierta en centro comercial.
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Los elementos lineales rectos pueden determinar ejes y dimensiones: longitud, altura y profundidad. Pueden cumplir funciones estáticas si posee resistencia material. En el caso de esfuerzos de compresión pueden emplearse como barras a compresión y en el caso de los esfuerzos de tracción como barras a tracción. Si además son resistentes a la flexión se pueden emplear como vigas lineales.
Las vigas lineales son elementos de construcción rectilíneos y resistentes a la flexión, son el elemento básico de los sistemas de estructuras de sección activa. El prototipo de estructuras de sección activa es la viga lineal sobre dos apoyos.
La viga lineal es el elemento estructural más empleado en la construcción gracias a las características de transmitir lateralmente las cargas verticales, manteniendo la delimitación horizontal óptima para crear espacios tridimensionales. Mediante uniones rígidas se pueden unir vigas y pilares aislados para formar un sistema global de múltiples elementos, en el que cada componente participa del mecanismo de resistencia frente a la deformación mediante una curvatura de su eje: sistemas de estructuras de sección activa.
La curvatura del eje central, es decir, la flexión es la característica del comportamiento de las estructuras de sección activa. Se compone de la actuación conjunta de los esfuerzos de compresión y tracción en la sección de la viga junto con los esfuerzos cortantes: resistencia a flexión. Las estructuras de sección activa pueden expresar la distribución de las tenciones internas de flexión a través de una variación en la altura de su sección. A través de uniones rígidas con los pilares, no solo se reduce la flecha vertical, sino que también se crea un mecanismo para desviar las fuerzas horizontales. La continuidad de la rigidez en dos o en tres dimensiones es la segunda característica de las estructuras de sección activa. Con estas estructuras se pueden conseguir grandes luces y espacios diáfanos.
Las vigas lineales biaxiales de sección activa, ordenadas según la retícula y unidas rígidamente entre sí, activan mecanismos de resistencia adicionales que permitan reducir el canto y la cantidad de material: vigas reticulares. La densificación de la disposición biaxial de las vigas lineales conduce a la losa.
Los sistemas estructurales de sección activa poseen, sobre todo, una forma rectangular, tanto en planta como alzado. Las estructuras de sección activa son aquellas estructuras de rango superior a las que se pueden incorporar otros mecanismos portantes.
El conocimiento de la mecánica de sección activa, de los diferentes procesos que provocan la flexión de elementos lineales, así como sus consecuencias, es imprescindible para el arquitecto, no solo para proyectar entramados portantes, sino también para el diseño dentro de la geometría rectangular.
Estructuras de vigas. Sistema de vigas
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Las superficies sirven para subdividir y delimitar el espacio, son la abstracción más elemental con la que se manifiesta la arquitectura, en tanto que idea y realidad.
Las superficies estructurales pueden cubrir un espacio y soportar cargas sin otros medios auxiliares. La continuidad constructiva de los elementos en dos ejes, es decir, transmitir cargas depende de la situación de la superficie respecto a la dirección de la fuerza actuante. Cual sea la dirección de actuación de la fuerza externa de las superficies portantes, se activan dos mecanismos resistentes diferenciados o simultáneos: mecanismo de losa, en el caso de solicitaciones perpendiculares en el plano, y mecanismo laminar en el caso de solicitaciones paralelas al plano. En las superficies estructurales horizontales, la capacidad portante, en el caso de cargas por gravedad, disminuye al aumentar la superficie (mecanismo de losa), en las superficies estructurales verticales crece la capacidad portante al aumentar la superficie (mecanismo de lámina).
El diseño de una forma correcta junto con la continuidad de la superficie, es el segundo requisito previo y la segunda característica de las estructuras de superficie activa. En los sistemas de estructuras de superficie activa es fundamental una forma correcta que transmita las fuerzas externas y las distribuya uniformemente en pequeñas unidades por toda la superficie. Al diseñar la forma apropiada se integra el mecanismo de las estructuras de forma activa: la eficacia sustentable del arco y la eficacia de suspensión del cable.
Todas las estructuras se pueden interpretar con elementos de superficie activa y con ello se convierten en mega estructuras para las estructuras de superficie activa. Para que funcione el mecanismo portante es imprescindible que se conserve la forma portante rigidizando el perímetro y el perfil de la superficie.
Los sistemas de estructuras de superficie activa son al mismo tiempo envolvente del espacio interior y piel externa del edificio, en consecuencia, determinan tanto la forma del espacio interior como la imagen exterior. Proyectar con superficies portantes implica una disciplina. Cualquier desviación de la forma correcta influye en la rentabilidad del mecanismo e incluso puede afectar su funcionamiento.
Construir con superficies portantes presupone, por tanto, un conocimiento de los sistemas portantes de superficie activa: su “manera de trabajar”, su geometría y su importancia para la forma y espacio de la construcción.
Estructuras de Membranas. Sistemas de casca
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Estructuras de altura activa: elementos sólidos y rígidos que se desarrollan principalmente en sentido vertical, y están rigidizados frente a las cargas laterales, y anclados firmemente a la tierra, pueden recoger cargas sobre superficies útiles situadas a gran altura sobre el suelo y transmitirlas a la cimentación ejemplo:
Rascacielos: para transmitir las cargas, utilizan los mecanismos de los sistemas de forma, vector y sección activa para transmitir las cargas. No poseen ningún mecanismo propio, su comportamiento estructural tampoco puede explicarse como un gran voladizo colocado en vertical. Se pueden diferenciar según el sistema de concentración de cargas en las plantas:
*sistema reticular: los puntos de concentración de cargas están distribuidos uniformemente por toda la planta.
*sistema perimetral: están situados los puntos en el perímetro.
*Sistema nuclear: la zona de concentración de cargas se encuentra en el centro.
*sistema puente: las cargas se recogen a través de una estructura de mayor magnitud.
Para transmitirá las cargas en vertical, los rascacielos necesitan que los pilares tengan una sección considerable, lo cual limita la superficie útil de las plantas.
Las superficies horizontales, están apoyadas o suspendidas de una estructura de mayor magnitud para reducir la sección de los elementos portantes, la concentración y transmisión de las cargas se realiza mediante pilones: rascacielos-puente.
Para proyectar una estructura de altura activa se necesita un amplio conocimiento de los mecanismos de todos los sistemas estructurales y también de las relaciones de interdependencia de todos los factores que determinan la obra, debido a la dependencia de la estructura de la distribución en planta y de la integración de los elementos técnicos.
Burj Al Arab rascacielos-hotel
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EJEMPLO: La estructura del Teatro Auditorio Gota de Plata es un "sistema híbrido" de 3 componentes, básicamente 6 grandes elementos de concreto colados en sitio que conforman la “columna vertebral” del edificio, estructuras prefabricadas de concreto y grandes elementos de acero.
Los sistemas híbridos no pueden ser un sistema independiente porque utiliza la unión de dos sistemas de estructuras y no tiene ningún mecanismo usual de transmisión ya que utiliza diferentes mecanismos de transmisión de cargas para formar un todo. Cada sistema depende del otro en su nuevo comportamiento; durante el proceso de transmisión de cargas, cada sistema cumple por separado una función independiente.
La unión de diferentes tipos de estructura para formar un sistema hibrido se consigue:
a) Cuando la transmisión de cargas se realiza a través de dos sistemas diferentes que actúan en paralelo. Esto con lleva a la superposición de los dos sistemas y es posible una alineación lateral de sistemas de estructuras.
b) Cuando la transmisión de cargas se realiza a través de diferentes sistemas de estructuras que se eligen y se unen sucesivamente según las necesidades mecánicas particulares de las diferentes secciones. Esto con lleva a acoplamientos múltiples.
c) Interponiendo los elementos de uno de los sistemas estructurales en el otro: interpenetración.
Otra aplicación es la asociación de vigas maestras lineales de vector o sección activa con estructura de cables:
a) Sistemas con soportes de cables por encima.
b) Sistemas con cables a tracción integrados.
Las ventajas que tiene este sistema híbrido al yuxtaponer dos sistemas, es:
a) Compensación reciproca de esfuerzos críticos.
b) Función dobles de los diferentes elementos de ambos sistemas.
c) Mayor rigidez debido a deformaciones opuestas de los diferentes sistemas.
Para diseñar sistemas híbridos hay que aprovechar las relaciones sinergéticas entre los tipos de sistemas estructurales, para ello se necesita un amplio conocimiento de cada uno de los sistemas de estructuras, dándole importancia a la transmisión de cargas y su deformación bajo diferentes estados de carga.
FORMA DE LA ESTRUCTURA
La intervención de la geometría con las estructuras, es en gran medida para la determinación exacta de líneas, superficies y volúmenes que posean propiedades especiales y con grandes ventajas para transmitir las cargas. Las formas constituyen normas que no pueden ser cambiadas, en el diseño de estructuras.
Hay que destacar, que el origen y la casualidad de la geometría con la forma de las estructuras, no se le debe de adjudicar al resultado de la lógica de la mecánica de fuerzas. En su lugar, es resultado de los esfuerzos del hombre por comprender lo que lo rodea, así como sus leyes y formas, y con ello materializarlas para su pensamiento y obrar.
La geometría satisface 3 funciones para el diseño de estructuras y proyecto arquitectónico:
- Como instrumento para visualizar los resultados de una proyección.
- Como un catalogo de formas para desarrollar ideas sobre una estructura.
- Como base científica para investigar leyes y el espacio.
La geometría puede contribuir para definir un sistema de orden delimitando formas y espacios, y así recuperar el orden perdido en el actual entorno.
Museo Paul Klee.
OPINION DE TENSIGRITY
ResponderEliminarLo más interesante es que toman forma y fuerza al combinar elementos que resisten la compresión con una red de otros elementos bajo tensión, creando un sistema pretensado, como lo son también los domos geodésicos de Fuller y las esculturas de Kenneth Snelson, que desafían la gravedad y se balancean en cables.
Es una de las estructuras más interesantes que existen que recrea en 3 dimensiones un modelo para producir estructuras a partir de la tensión entre partes, que se puede reconocer fácilmente viendo,el tejido de una canasta de mimbre.
Las es¬tructuras de tensegrity representan una gama amplia de aplicación en la práctica, así como en la investigación y desarrollo. Cabe mencionar que tanto las estructuras orgánicas como las inorgánicas y arquitectó¬nicas conservan rasgos similares en su forma, pero esto no es lo único que comparten: las tres están basadas en los mismos principios de las leyes físicas. Tal vez existe un único tema subyacente a la naturaleza, como lo dice Platón: “El Libro de la Naturaleza puede verdaderamente estar escrito en caracteres propios de la geometría”, pero que de igual manera, se rigen bajo los mismos principios de construcción.
OPINION ACERCA DE MERO STUDIO
ResponderEliminarLo que más me gusto de Mero Studio es que diseña: estructuras ligeras, desmontables diseñadas para ser abierto en verano y cerrado en invierno, permite vistas a un paisaje natural, usa un consumo mínimo energético de la construcción, se preocupa por el medio ambiente porque utiliza paneles solares térmicos y produce energía geotérmica, parte de su trabajo es restaurar edificios históricos donde explora un nuevo lenguaje contemporáneo para mejorar las virtudes de la arquitectura histórica.