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Copy of Estructuras Laminares y Cascarones

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Franco Chunga

on 6 April 2013

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Transcript of Copy of Estructuras Laminares y Cascarones

Sistemas Laminares TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL Y CONSIDERACIONES ARQUITECTONICAS Sistemas de Cascarones Sistemas Cascarón Tipologia Estructural y Consideraciones
Arquitectónicas Sistemas Laminares En las estructuras arquitectónicas se emplea una gran diversidad de materiales: piedra y mampostería,
madera, acero, aluminio, hormigón armado y pretensado, plásticos. Todos ellos poseen en común ciertas
propiedades esenciales que les permiten resistir cargas. Sistemas Laminares Las estructuras laminares están conformadas por placas estructurales delgadas, de grosor inferior en comparación con sus otras dimensiones Antecedentes Históricos Si entrar en el campo de la edificación, encontramos el concepto laminar en las vasijas de barro o de cristal, y en los cestos de caña o de esparto Las construcciones góticas, cuyas ligeras bóvedas nervadas marcan la evolución de la construcción maciza hacia la construcción laminar. El precedente más directo y más próximo en el tiempo lo constituyen las bóvedas tabicadas constituidas por varias capas de rasilla, la primera de las cuales se colocan con la ayuda de pequeños camones o guías de madera y se recibe con pasta de yeso, constituyendo un encofrado adecuado El paso definitivo no se da hasta que aparece el hormigón armado, el cual con su capacidad de trabajar a compresión y tracción, y su posibilidad de construcción monolítica adoptando la forma de un molde, abre las puertas a la construcción de bóvedas laminares En los años veinte del siglo pasado se inicia la construcción de láminas de hormigón armado con directrices diversas, con las cuales se consigue cubrir grandes espacios con unos pocos centímetros de espesor y sin necesidad de nervios de refuerzo ni de apoyos continuos San Pedro de Roma, que con una luz de 40 m pesa alrededor de 10.000 t
Casa Schott en Jena, con la misma luz, pesa tan sólo 330 t, es decir treinta veces menos. Exponentes Félix Candela Eduardo Torroja ''Félix Candela ha sido sin duda el mayor impulsor de las estructuras laminares'' •Laboratorio de Rayos Cósmicos en la
Ciudad Universitaria de México (1951-1952). Antecedentes en la naturaleza En la Naturaleza, siempre pródiga en motivos para inspirar la intuición artística y creadora del hombre, encontramos ejemplos diversos de láminas de simple y doble curvatura Pero es sin duda la cáscara del huevo
de las aves la lámina más sorprendente
al conseguir con un espesor tan insignificante
resistir las tensiones generadas desde
su interior y las posibles acciones
exteriores, permitiendo sin embargo
una fácil rotura mediante impactos puntuales con el pico Fundamento de las estructuras laminares Tal como decía Félix Candela
: “Evitar en la medida de lo posible
los esfuerzos de flexión mediante
la forma adecuada”. La curvatura de la lámina transforma las fuerzas externas en esfuerzos directos o de membrana, situados exclusivamente en la superficie de la cáscara, de tal modo que pueden ser resistidos con un espesor mínimo, de escasos centímetros Por tanto la lámina debe ser diseñada para que se aproxime lo más posible al estado de tensión de membrana, de modo que se reduzca al mínimo la flexión, y pueda considerarse como una perturbación local o unas tensiones secundarias. Un ejemplo sencillo de este tipo de estructuras se obtiene con una hoja de papel y un lápiz. La hoja fungirá como una estructura laminar con una superficie dispuesta a resistir cargas y el lápiz como una carga externa, dándole determinadas formas a la hoja de papel puede resistir el peso propio del lápiz el cual actúa como fuerzas externas aplicadas a la superficie. Aspectos geométricos y estructurales Geométricos: Una lámina es un elemento resistente de mucha superficie y poco espesor.
Estructurales: Son elementos que resisten por forma Requerimientos para que se cumpla el estado laminar Condiciones de carga Deben ser, en lo posible, uniformemente distribuidas, no presentando variaciones bruscas en la superficie. No debe haber cargas puntuales Condiciones de geometría Que la variación de los radios de curvatura sobre la superficie sea continua. Debe haber continuidad de superficie y de curvatura Condiciones de apoyo Se apoyan en todos sus bordes, debe haber continuidad de apoyos. Los bordes deben ser tales que no restrinjan o impidan cada una de las deformaciones de la lámina. Materiales más utilizados • Hormigón armado
• El aluminio
• Madera laminada:
• Plásticos reforzados con fibra de vidrio. Se ha llegado a la conclusión de que el espesor de las láminas no debe ser inferior a 19 mm ni sobrepasar los 50 mm. Simple curvatura Paraboloide Hiperbólico Plegados Doble curvatura total positiva Formas clásicas de estructuras laminares Félix Candela Dentro de las superficies curvas, son las de doble curvatura las que mejor se adaptan al estado ideal de membrana, sobre todo si ambas curvaturas tienen sentidos opuestos, como sucede en el paraboloide hiperbólico, el cual puede servir de base para el estudio geométrico y de referencia para el análisis constructivo de cualquier lámina en general Líneas futuras de investigación Como primera línea abierta se ha pensado en un molde único que mediante sencillos movimientos de descenso y traslación permita su utilización sucesiva en módulos de idéntica geometría. Sistema de Cascarones Un cascaron es una estructura tridimensional delgada cuya resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que deben soportar, son lo suficientemente delgadas para no desarrollar flexión, pero también
suficientemente gruesas para resistir cargas, que según el caso pueden ser de compresión, corte y tracción Descripción e importancia Una cáscara se define por la geometría de la superficie media que este posea, la cual se encuentra a la mitad de la distancia entre la superficie externa (extradós) y la superficie interna (intradós). Su espesor es la distancia normal a la superficie media entre el extradós y el intradós Comportamiento de los elementos cáscara . El tipo de cascarón más utilizado en el área de ingeniería es el cascarón generado a través de una superficie de revolución Cargas Externas Las cargas externas consisten en un conjunto de fuerzas que actúan en la superficie externa e interna del elemento cáscara Esfuerzos internos Las fuerzas externas que actúan sobre un cascarón deben de encontrarse en equilibrio con las fuerzas internas o esfuerzos internos que en él se generan. Estas fuerzas internas están definidas por los ángulos y son de
tres tipos, cada uno de los cuales se describe a continuación: Fuerzas de Membrana, que actúan en el plano de la superficie de la cáscara. Momentos flectores Mθ∅ y Mθ∅ por unidad de longitud y momentos torsores Mθ∅ y Mθ∅ por unidad de longitud Fuerzas Transversales: Estas fuerzas pueden variar a lo largo del meridiano y del paralelo. Un cascarón básicamente trabaja a compresión, ya que su forma y la fuerza gravitatoria provoca compresión en toda su superficie, la falla más común en este tipo de estructuras es falla por fluencia del acero de refuerzo, provocando el colapso de la estructura de una manera casi inmediata, ya que la estructura toma en cuenta su estabilidad geométrica. Fallas en Cascarones Para este planteamiento es imprescindible que la lámina esté formada por varios módulos iguales, lo cual suele ser habitual en las asociaciones de paraboloides hiperbólicos Para llegar a estas formas que creen acción de cascarón, se pueden estudiar mediante el uso de membranas inflables (Heinz), obteniendo formas funiculares con telas y luego creando su antifunicular (Gaudí), o mediante el estudio computacional. Las llamadas formas libres raramente presentarán acción de cascarón. Acción de Cascarón Antecedentes Históricos El desarrollo de los cascarones se produce con la aparición del hormigón armado y el desarrollo de métodos de análisis: en 1874 Aron publica la primera teoría al respecto Esto se debe a que la formulación de la teoría de cascarones fue simplificada: para formas esféricas por Geckeler, para formas cilíndricas por Finsterwalder. Además, aparecen nuevas formas: paraboloides elípticos (Freyssinet), y el paraboloide hiperbólico, magníficamente desarrollado por Candela Clasificación de superficies de cáscaras a. Curvatura Gaussiana de la superficie b. Superficies Generadas c. Superficies de Traslación: Felix Candela Cúpulas de la Catedral de Quetzaltenango, Guatemala Cúpula de la Catedral Metropolitana de Guatemala. Palacio Municipal de la Ciudad de Huehuetenango, donde se observa un cascarón de concreto en la parte superior. Concha Acústica del Parque de la Industria, Zona 9 Capitalina. Concha Acústica del Parque Centenario, Zona 1 Capitalina. Concha Acústica del Parque la Unión, Quiché En 1939 llega a México como exiliado y diez años después, tras unos inicios profesionales inciertos construyó su primer cascarón experimental: una bóveda funicular o catenárica que aplicaría al año siguiente en el proyecto de una escuela rural en Tamaulipas. Gracias!! Exterior del Igloo, Universidad de San Carlos de Guatemala Códigos para Consideraciones Estructurales en el Diseño de Cascarones • American Concrete Institute ACI318-08 sect.19 ,
• Concrete Shell Structures—Practice and Commentary ACI 334.1R
• International Association for Shell and Spatial Structures IASS
• Reinforced Concrete Cooling Tower Shells ACI334.2R-91
• Design and Construction of Circular Prestressed Concrete Structures with Circumferential Tendons ACI 373R
• Phase 1 Report on Folded Plate Construction ASCE V-89 No.ST6,1963 pp 365-406
• Control of Cracking in Concrete Structures ACI 224R-01 Centro de Investigaciones de Ingenieria, Universidad San Carlos de Guatemala T5 Biblioteca de Ingenieria, Universidad San Carlos de Guatemala Esféricas - Geckeler
Cilíndricas - Finsterwalder
Paralaboloides elipticos - Freyssinet
Paraboloide hiperbólico - Candela Cascarones Sinclastica Forma desarrollable Anticlástica Forma libre Bóvedas Cilíndricas Cúpula Entramada Métodos de Análisis según ACI 318-08 capitulo 19 Análisis Elástico Análisis Inelástico Teoría de las cascaras, modelos matemático o analíticos simplificados, o soluciones numéricas que emplean elementos finitos, diferencias finitas o tecnicas de integración númericas Análisis de deformaciones y fuerzas internas basado en el equilibrio, relaciones esfuerzo- deformación no lineal para el concreto y refuerzo, la consideración de la configuración y los efectos dependientes del tiempo y la compatibilidad de deformaciones.
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