SISTEMAS TENSOESTRUCTURAS

Presentación del tema: "SISTEMAS TENSOESTRUCTURAS"— Transcripción de la presentación:

1 SISTEMAS TENSOESTRUCTURAS
Isabel Patricia Londoño Claudia Inés Porras Z. Carlos Mario Vásquez Profesor Rodolfo Felizzola CONCEPTUALIZACIÓN ESTRUCTURAL USTTO PATOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

2 INTRODUCCIÓN Para el desarrollo reciente tecnológico como aporte en las construcciones, se tiene las tenso estructuras, quienes aportan un elemento que no solo son sus aplicaciones en elementos de cubierta, fachada o revestimiento, sino también aportan a las obras que las utilizan como sistema constructivo principal. Al diseñar cualquier estructura innovadora de alta precisión, se debe hacer un análisis exhaustivo de las distintas condiciones de carga, que deben ser analizadas para asegurar la integridad estructural del sistema en todas las situaciones. El análisis estructural es realizado por computadoras, modelos a escala; incluso estructuras de dos dimensiones de simple curvatura son calculadas a mano aplicando métodos analíticos. Se debe cumplir los siguientes requerimientos. Memorias de cálculo: “A — Memorias estructurales — Los planos estructurales que se presenten para obtener la licencia de construcción deben ir acompañados de la memoria justificativa de cálculos, firmada por el Ingeniero que realizó el diseño estructural”.

3 Estructura de tela tensionada
DEFINICIÓN Formas arquitectónicas creadas a partir de membranas tensadas, tejidos pretensados que se sustenta con elementos rígidos; se representan básicamente por superficies de tejido estáticas conseguidas por la tensión de las mismas mediante la combinación de estructuras de pórticos, arcos de acero (mástiles) y tirantes de cables. Se caracterizan porque sólo trabajan a esfuerzos de tracción. Estructura de tela tensionada Tenso Estructura Estructura de red

4 RESEÑA HISTÓRICA Hace miles de años se utilizaban telas y redes para toldos de pesca, velas de barco, paragüas, tiendas y cometas. Los Romanos cubrían con toldos de tela desplegables los anfiteatros. Los orígenes de las tenso-estructuras se remonta a hace 4000 años, donde se emplearon huesos de mamut y pieles de animales confeccionados en modo rudimentario para protección del clima y de las agresiones externas. El sistema de viviendas en “TIENDAS” de las Tribus Nómadas son también próximas a este concepto; empleadas por su ligereza, flexibilidad, facilidad de transporte y aspecto constructivo.

5 Formas arquitectónicas empleadas por antiguas tribus
Arquitectura Tuareg y Gabra Arquitectura Kazaja Arquitectura Beduina Arquitectura Tipis de Norteamérica

6 Velario Romano Coliseo Romano

7 Arquitectura Siglo XX:
La arquitectura “DE TRACCIÓN” se genera a partir de la Segunda Guerra Mundial, hasta la fecha. Techo del Estadio para los Juegos Olímpicos de 1972 ARQUITECTOS Walter Bird David Geiger Fritz Leonhahard Kenzo Tange Frei Otto Techo del Estadio para los Juegos Olímpicos de 1972

8 ELEMENTOS Y COMPONENTES
Las Tenso-Estructuras se componen por una membrana textil y una red de cables altamente flexibles, formando un sistema basado en la flexibilidad y la tensión. Se dividen en dos elementos: ELEMENTOS FLEXIBLES: Que se componen de cables y membranas. ELEMENTOS RÍGIDOS: Que se componen de mástiles.

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10 Membrana en red, malla de cable
ELEMENTOS FLEXIBLES Cables que soportan cargas producidas por la gravedad Membrana en tela Membrana en red, malla de cable Relingas Membranas Membrana neumática con aire comprimido

11 ELEMENTOS FLEXIBLES - Cables que soportan cargas producidas por la gravedad Estos elementos actúan como tensores, refuerzan la membrana textil y mantienen al mástil en su posición. Alternan líneas a curvas, cóncavas y convexas, formando crestas y valles Los cables que se encuentran en la cresta soportan las cargas producidas por la gravedad, como el peso de la estructura y la nieve; los cables que se encuentran en los valles resisten las cargas generadas por la succión del aire. La composición de estos cables es muy resistente, en acero.

12 ELEMENTOS FLEXIBLES Las Membranas
Es el elemento que genera el recinto o espacio cubierto; es ligero y es quien define la forma de la TensoEstructura; brinda la cobertura de grandes superficies. Los materiales que las componen deben ser resistentes a las condiciones externas de viento, agua, fuego; deben estar orientadas en algunos casos también para transmitir la luz del día, reflejar el calor o controlar el sonido. Hoy en día, la mayoría de las membranas están fabricadas con fibra de vidrio o textiles de poliéster, las cuales se refuerzan a su vez con sustancias de recubrimiento como PVC, teflón o silicona.

13 ELEMENTOS FLEXIBLES - Relingas
Son los refuerzos que se emplean en los bordes de las membranas, ya que en este punto tienden a acumularse las tensiones que las membranas están soportando en cualquier punto de su superficie. Tienen la propiedad de absorber las tensiones de tracción longitudinales que se concentran en los bordes y entre los puntos de fijación. Se emplean dos tipos: La Flexible, que se ancla en dos puntos y entre ellos se deforma. La Rígida, que se fija por puntos y está sometida principalmente a flexión.

14 Sistemas de Apoyos en Estructuras de Hormigón
ELEMENTOS RÍGIDOS Tipos de Mástil Puntos de Anclaje Mástil Externo Mástil Interno Central Sistemas de Apoyos en Estructuras de Hormigón

15 ELEMENTOS RÍGIDOS Mástiles
Los mástiles y bordes rígidos están hechos de materiales convencionales como acero; deben ser fuertes y fáciles de transportar. Generalmente es un poste vertical o punto más alto de la Tenso-Estructura; sostiene y tensa la membrana manteniendo su forma; puede ser un solo poste o un grupo de éstos. Los bordes rígidos igualmente soportan y dan forma a la membrana; se construyen en forma de arcos u horizontales. Los elementos mástil y bordes rígidos soportan las fuerzas de tracción y trabajan a compresión.

16 ELEMENTOS RÍGIDOS - Puntos de Anclaje
Tienen la función de brindar la estabilidad, introducen las tensiones necesarias para la fijación de la membrana; el número mínimo es de cuatro y uno de ellos debe localizarse en un plano diferente a los otros tres, con el fin de generar la curvatura. Los anclajes pueden encontrarse interiores, exteriores o perimetrales. Los anclajes Interiores son de forma de casquete esférico y empujan la tela sin cambiar su curvatura, se enganchan a la parte cóncava o convexa. Los anclajes Exteriores concentran mayores tensiones.

17 ELEMENTOS RÍGIDOS - Puntos de Anclaje
El sistema de CIMENTACIONES para este tipo de estructuras debe resistir las tracciones producidas por las cargas externas y el pretensado. Las reacciones verticales pueden absorberse por gravedad o por rozamiento del anclaje a lo largo de la superficie de contacto con el terreno. Los empujes horizontales se compensan con puntales o sistemas forjados que actúan de riostras de un lado a otro, o con anillos a compresión; pueden resistirse también por rozamiento o por el empuje pasivo del terreno.

18 CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A MATERIALES
Estructuras de tela tensionada o de carpa Estructuras de Red Apoyos puntuales Apoyadas Estructuras Neumáticas Colgadas por líneas interiores

19 CLASIFICACIÓN FUNCIÓN DE LA FORMA DE LA SUPERFICIE O DE LAS CONDICIONES DE APOYO
Superficies sinclásticas tensadas y soportadas a lo largo del contorno Estadio Olímpico de Munich Estructuras Anticlásticas ANTICLÁSTICA SINCLÁSTICA

20 CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LOS MATERIALES
S- ESTRUCTURAS DE TELA TENSIONADA O DE CARPA Conformadas por membranas pretensadas por la aplicación de fuerzas exteriores de forma que se mantenga completamente tensa ante todas las condiciones de carga previstas para la aparición de fuerzas de tracción demasiado altas. Se aconseja estructuras que formen curvaturas pronunciadas en direcciones opuestas. El Ingeniero Horst Berger en 1974, realizó la descripción matemática para este sistema de tensiones. A su vez se clasifican: TELAS APOYADAS TELAS CON APOYOS PUNTUALES, INTERIORES O EXTERIORES TELAS COLGADAS POR LÍNEAS, INTERIORES O PERIMETRALES EXTERIORES.

21 CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LOS MATERIALES
ESTRUCTURAS DE RED Constituidas por una tupida malla de cables, en reemplazo de un material textil. Se utilizan para cubrir espacios más amplios o resistir cargas mayores. Cubiertas por materiales como acrílico, madera ó metálicos. ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS Este tipo de estructura entra en tensión y se estabiliza cuando se hincha con aire comprimido para crear una sobrepresión interior; así, no es necesaria la estructura soportante ya que la sobrepresión contrarresta la acción de cargas. Una de sus desventajas es la dependencia a los dispositivos mecánicos y ha mostrado problemas en una serie de deflaciones.

22 CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LA FORMA DE LA SUPERFICIE O LAS CONDICIONES DE APOYO
SUPERFICIES SINCLÁSTICAS TENSADAS Y SOPORTADAS A LO LARGO DEL CONTORNO Se emplean redes con mallas regulares (triangulares o rectangulares) o tejidos formados por bandas estrechas y largas cosidas o pegadas que actúan como pequeños cables suspendidos; si se apoyan en arcos o cables interiores, generan superficies onduladas.

23 DE ACUERDO A LA FORMA DE LA SUPERFICIE O LAS CONDICIONES DE APOYO
SUPERFICIES SINCLÁSTICAS DE FORMA CÓNICA, APOYAN DE FORMA PUNTUAL EN SU INTERIOR Se emplean redes radiales de cables o patrones de tejido Estadio Olímpico de Munich; las redes de cables cruzados, cóncavos para cargas gravitatorias y convexas para succión de viento, están sujetas por mástiles, los puntales flotantes y el anillo formado por un cable de acero; la cubierta está formada por placas de plexiglás con juntas de neopreno. La característica de estas Estructuras Anticlásticas, es que en cada nodo que resulta de la intersección de dos cables, se genera una curva en direcciones opuestas, un cable haciendo presión hacia abajo y el otro en sentido opuesto. Estas superficies necesitan como mínimo de cuatro soportes; son muy flexibles.

24 EN QUÉ CONSISTE LA “TENSIÓN”?
“Tensión” o “Tracción” es la fuerza empleada para halar las estructuras moleculares de un material; es la forma más eficiente de usar cualquier material ya que se usa el eje de sección del material en su totalidad; en este sentido, la Fuerza de Tracción maximiza la capacidad de los materiales de soportar las cargas. El comportamiento de los elementos a tracción, están asociados al peso del elemento y a las cargas que actúan sobre él (puntual o distribuida), determinando un patrón geométrico de acuerdo a las cargas: Cable sin carga, peso propio: Parábola Cable con una carga concentrada: Triángulo Cable con dos cargas concentradas: Trapezoide Cable con cargas puntuales: Polígono Cable con carga uniformemente distribuida: Parábola

25 PROPIEDADES MECÁNICAS
Resistencia a la Tracción: Considerándose como la principal propiedad de las TensoEstructuras. Resistencia a la Propagación del Rasgado: En caso de presentarse un rasgado, ésta se puede continuar siguiendo la línea de corte, y se detiene donde el entramado y la configuración de los tejidos detiene el proceso. Humedad y Temperatura: Condiciones que se deben tener en cuenta para el diseño; a temperaturas altas, es factible que se reduzca la capacidad de las membranas, por lo que es importante saber elegir el tipo de material a emplear. Aeropuerto Jeddah

26 PROPIEDADES FÍSICAS Durabilidad: Debe estar asociada a los factores climáticos, como también a factores externos de riesgos de combustión o accidentes. La vida útil se estima en quince (15) años en condiciones favorables transformables, y de 50 años para estructuras permanentes. Aislamiento Térmico: Presentan capacidad para reflejar y absorber la radiación en forma de calor; es posible pensar en recubrimientos adicionales para manejar el efecto de invernadero que se genera entre éstas. Acústica: Está caracterizada por la alta reflectividad de las vibraciones sonoras, en frecuencias entre 500 a 2000 Hz; esta reflectividad significa dificultad en la propagación del audio. Pero, estos problemas se pueden resolver aplicando recubrimientos internos con materiales porosos, o paneles o bandas acústicas. Transparencia: Los materiales empleados para estas estructuras generan luminosidad y con facilidad en la propagación de la luz en toda la superficie. También es posible generar estructuras opacas.

27 SISTEMAS DE DISEÑO Las TensoEstructuras deben diseñarse bajo un sistema de Software adecuado para este tipo de modelos, los cuales deben crear superficies curvas que puedan modelarse bajo “pretensión” y “tensión”. Los modelos creados bajo programas diseñados para este tipo de elementos, permiten crear superficies en equilibrio, basado en una relación entre los bordes y sus tensiones, y la retícula (elementos finitos) y sus tensiones.

28 PROCESO DE DISEÑO Obtención de información Previa: Programa a emplear, dimensiones, límites, materiales, sitio. Anteproyecto: Definición de la forma, curvatura, desagües, relación con el entorno, puntos de apoyo y anclajes. Determinación de la Forma.  Cálculo Estructural: Obtención de Tensiones y Deformaciones, Dimensionamiento. Condiciones Ambientales: Acondicionamiento e instalaciones: Iluminación natural y artificial, acondicionamiento térmico y acústico, resistencia al fuego, cableado, emisiones, residuos. Patronaje, Detalles Constructivos. Presupuesto. Especificaciones de materiales, puesta en obra, control. Inspecciones y mantenimiento.

29 VENTAJAS En general, son estructuras eficientes desde el punto de vista del funcionamiento estructural, y también desde su aspecto estético. Son livianas, elegantes, traslúcidas y hasta económicas. Presentan “Expresión Visual” por sus diseños, los detalles constructivos se tienen a la vista, presentan coherencia, homogeneidad, ligereza y sencillez. Seguras (sismo resistententes). Presentan los requerimientos estructurales de resistencia, redundancia, estabilidad, flexibilidad y compatibilidad con deformaciones. Por ser estructuras en general livianas, se pueden transportar e instalar. Reducción en los tiempos de construcción. Menor consumo de materiales, menores costos. Resistentes ante las condiciones externas (se absorben rayos ultravioleta y reflejan infrarrojos). Ahorro de energía en cuanto a iluminación y climatización. Utilizables en medios de Comercio, Instalaciones Deportivas, Espacios Públicos, Aeropuertos. Capacidad para cubrir grandes espacios, con grandes luces.

30 DESVENTAJAS Mantenimiento constante para garantizar durabilidad.
En comparación con el concreto o el acero, su vida útil es mas corta. Se diseñan teniendo en cuenta los materiales “textiles” que las constituyan. No es aconsejable para cubrir espacios o áreas pequeñas, ya que el costo por metro cuadrado se incrementa.

31 CONCLUSIONES Las construcciones de cubierta ligera han cautivado el mundo de la construcción, a raíz que brindan una serie de ventajas respecto a las construcciones tradicionales entre las que se tiene: -Aprovecha eficientemente las capacidades del material, son fáciles de realizar, amplia variedad de diseños. -La economía del tiempo, capacidad de ser desmontable, materiales traslúcidos, ventilación natural; todo esto es favorable desde el punto de vista del clima. En las normativas regulatorias de la aplicación de cargas de viento en las edificaciones, también en el diseño de las tenso estructuras requieran un tratamiento especial debido al efecto de las deformaciones, la flexibilidad inherente a las membranas introduce un pequeño grado de incertidumbre. La carga de viento es la que más influye en la estructuras tensionadas. Existe un conjunto de cargas que algunos diseñadores desprecian en el análisis, como por ejemplo la carga de peso propio, lluvia, carga de uso, gradiente de temperatura; por el contrario, éstas se deben tener presente en su diseño.

32 En resumen, las estructuras textiles tensadas son aquellas en donde todas sus partes trabajan a tracción; la regla fundamental para su estabilidad es que éstas estructuras adquieran curvaturas en direcciones opuestas brindándole a las cubiertas la estabilidad dimensional. Es lo que se denomina “Doble Curvatura” o forma “Anticlástica” que matemáticamente se conoce como “Parábola Hiperbólica”. Con respecto a su funcionamiento, las cuerdas y cables son los elementos más simples que resisten las cargas a tracción, y gobiernan el diseño. Los cables están sujetos en sus extremos en forma puntual, o distribuidos a lo largo de un borde, representados por brazos rígidos de apoyo o riostras. Los elementos como mástiles, arcos y riostras perimetrales, funcionan bajo fuerzas de compresión y flexión.

33 BIBLIOGRAFÍA F. Escrig & J. Sánchez, 2002: “Estructuras en tracción I y II”. “STAR Structural Architecture” nº 5 y 6. Grupo de Investigación Tecnológica de la Arquitectura, ETSAS Fabric Architecture Sourcebook 2001: “Details”. IFAI, New York. B. Forster & M. Mollaert, ed “Arquitectura textil. Guía europea de diseño de las estructuras superficiales tensadas”. Ed. Munilla-lería, Madrid. J. Llorens, 2005: “Atlas de detalles de la construcción textil”. II Simposio Latinoamericano de Tenso-estructuras, Caracas, Venezuela. LOS DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LAS TENSO ESTRUCTURAS. José Ignacio de Llorens Duran, Dr. Arquitecto, Escuela de Arquitectura de Barcelona, España.