Trabajo práctico de: Sistemas de Superficie Activa PDF

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Resolución de la guía con preguntas que entran en el segundo parcial de la materia...

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SISTEMAS DE SUPERFICIE ACTIVA / SISTEMAS LAMINARES CÁSCARAS Y PLEGADOS 1. Defina el sistema de ESTRUCTURAS LAMINARES. Los sistemas estructurales laminares son aquellos que actúan principalmente por su continuidad superficial y su forma. Están compuestos por dos grandes grupos: LAS CASCARAS Y LOS PLEGADOS. Las láminas son elementos superficiales de poco espesor. Es decir que son elementos en donde dos de sus dimensiones priman sobre la tercera. Hablamos de espesores promedio de 6 cm. para cubrir luces de más de cuarenta metros sin apoyos intermedios. 2. Defina CÁSCARAS y PLEGADOS, determine las diferencias y coincidencias entre ambos. Plegado: es un tipo estructural constituido por elementos estructurales superficiales planos o alabeados, unidos por sus bordes o aristas. Estos elementos planos o alabeados se comportan según los casos, como losas, como láminas, o de ambas maneras simultáneamente. Prácticamente toda estructura se puede plegar. Cáscaras: Son láminas curvas, convenientemente apoyadas, que logran el equilibrio de las cargas externas por medio de la combinación de esfuerzos de tracción y compresión normales a la sección estudiada y tangenciales a su curvatura. Dos de sus dimensiones predominan sobre la tercera que es el espesor. 3. ¿Cuáles son los esfuerzos que se desarrollan en el interior de la sección de una CÁSCARA? ¿En qué planos se desarrollan dichos esfuerzos? Graficar. En la definición de cáscara, hemos planteado que los esfuerzos internos debían ser fundamentalmente normales y tangenciales, es decir, que las otras solicitaciones, flexión, torsión, corte, etc. Tienen una influencia secundaria en el equilibrio total. Resumiendo, podemos decir que las cáscaras son estructuras de pequeño espesor frente a las otras dos dimensiones, curvadas en una o dos direcciones, y provistas de elementos de borde, que permiten su funcionamiento como estructuras espaciales. Tres son los factores fundamentales que entran en la definición de una cáscara: pequeño espesor, curvatura y elementos de borde (anillo, tímpano, tensor, viga), y si alguno de estos elementos falta, no nos encontramos en presencia de una cáscara. Resisten por su forma y son suficientemente delgadas como para no desarrollar importantes tensiones de flexión, corte o torsión, pero suficientemente gruesas para admitir esfuerzos normales de compresión y de tracción, y tangenciales.

4. ¿Cuáles son los esfuerzos que se desarrollan en el interior de la sección de un PLEGADO? Las estructuras de compresión dominante configuradas según bóvedas o cúpulas, se pliegan para lograr de este modo una distribución más racional del material. Así se logra aumentar el momento de inercia de su sección, y en consecuencia se incrementa su módulo resistente, obteniendo una mayor capacidad para resistir al pandeo, evitando al mismo tiempo las tensiones de tracción por la mayor altura del núcleo central. Una estructura sometida a flexión o flexión compuesta debe soportar momentos flectores. Las tensiones de flexión disminuyen en la medida que aumenta el momento de inercia y en consecuencia el módulo resistente debido al plegado de la sección.

5. ¿Qué función tienen las aristas y bordes en este sistema? Graficar. Las aristas funcionan como vinculación entre plegados

6. Desarrolle las condiciones y requerimientos para que se cumpla el ESTADO MEMBRANAL. Definimos como estado membranal a aquel para el cual, en una lámina delgada curva, se desarrollan exclusivamente, esfuerzos internos normales y tangenciales. Se debe interpretar esto como un estado análogo al de las membranas, por no existir momentos flectores, torsores, etc. La membrana es un caso particular de la cáscara en donde el espesor e es tan pequeño que solo resiste esfuerzos normales de tracción. Requisitos para que se cumpla el estado membranal De cargas: La carga debe ser distribuida, no puntual, y su variación no debe presentar discontinuidades en toda la superficie. En general en estas estructuras, la carga corresponde a su propio peso. De geometría: Que la variación de los radios de curvatura sobre la superficie sea continua. Debe haber continuidad de superficie y sin cambios bruscos de curvatura. Para ello los valores de los radios (r) en dos puntos de la superficie inmediatamente próximos deben ser casi iguales. De apoyos: Estos no deben restringir o impedir las deformaciones de la lámina. Debe haber continuidad de apoyo. Para que una cáscara pueda soportar la acción de fuerzas externas, es necesario que tenga apoyos en elementos estructurales rígidos y continuos, no puede tener puntos de apoyo, sino únicamente líneas de apoyo. A lo largo de estas líneas, las reacciones de apoyo son fuerzas continuas y paralelas a las tangentes en cada punto, es decir, esfuerzos tangenciales. 7. ¿Cómo es la relación entre la RESISTENCIA de las cáscaras y su FORMA - CURVATURA? - Hablar de forma es hablar de inercia, entendiéndose por tal la resistencia y rigidez o como un momento potencial que tiene la estructura, y que depende de la distribución del material con respecto a los ejes considerados (es un problema de diseño). - La inercia se relaciona o depende de la curvatura. Una estructura será tanto más resistente cuanta más curvatura tenga, en síntesis: a mayor curvatura, mayor resistencia. - Es fácil entender, que una estructura con forma de superficie de doble curvatura, aumenta aún más su resistencia, ya que su rigidez y resistencia mecánica, proceden en gran parte de su oposición a las deformaciones que tienden a aplanarlas, es decir, a reducir sus curvaturas. - Son estructuras que resisten por la forma, entendiéndose por tales, aquellas cuya resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que debe soportar. - En las cáscaras, la forma es lo que resiste la flexión, no el material. Cuando en la solicitación de un elemento constructivo, damos a éste la forma apropiada para sustituir los esfuerzos de flexión por esfuerzos normales, habremos conseguido un empleo apropiado del material.

8. ¿Cómo son las características de los apoyos en las CÁSCARAS? Estos no deben restringir o impedir las deformaciones de la lámina. Debe haber continuidad deapoyo. Para que una cáscara pueda soportar la acción de fuerzas externas, es necesario que tenga apoyos en elementos estructurales rígidos y continuos, no puede tener puntos de apoyo, sino únicamente líneas de apoyo. A lo largo de estas líneas, las reacciones de apoyo son fuerzas continuas y paralelas a las tangentes en cada punto, es decir, esfuerzos tangenciales. 9. ¿Cómo son los apoyos en los PLEGADOS? ¿A qué llamamos TÍMPANOS y que función cumplen? Los plegados en una dirección se apoyan en sus extremos como si fueran vigas. Los apoyos son en realidad tímpanos. Cumplen la misma función que en las cáscaras, siendo rígidos, en su plano y capaces de recibir los esfuerzos tangenciales que les transmite el plegado. Además, evitan la deformación longitudinal (efecto de acordeón), ya que la plegadura es poco rígida en ese sentido. Los tímpanos se apoyan sobre columnas, enviando de este modo los esfuerzos a tierra.

Pueden ser llenos o con aberturas, generalmente se prefiere esta última solución, ya que el plegado queda a la vista y permite la iluminación y ventilación lateral. El tímpano lleno es en realidad una viga de gran altura. El tímpano calado puede estar constituido por una viga de celosía tipo reticulado plano o un pórtico. Los tímpanos son el apoyo del plegado total, pero cada lámina se apoya, en definitiva, sobre aristas y lateralmente sobre los tímpanos. El último faldón, apoyado en tres lados únicamente, o sea, sobre una arista y los dos tímpanos, tiene un borde libre desequilibrado. Una viga de borde resulta necesaria para restituir el equilibrio buscado.

10. MATERIALES: Mencionar y clasificar según sus cualidades distintos tipos de materiales aptos para desarrollar CÁSCARAS y PLEGADOS. Material de cáscaras: La elección de los materiales y técnicas a emplearse depende del criterio del proyectista. Éste, entre otros criterios y condicionantes, deberá tener en cuenta, además: - La seguridad - La economía (factibilidad técnica-económica) - La duración (vida útil) - La rapidez de ejecución - Problemas de mantenimiento, etc. Generalmente se emplean los siguientes materiales: - Hormigón armado (en nuestro país es el más económico y utilizado) - Aluminio y duraluminio - Madera, madera laminada - Elásticos reforzados con fibra de vidrio - Cerámicos armados, etc. Material de plegados: El rango de luces a cubrir y sus respectivos espesores según diversos materiales están referidos a estructuras plegadas prismáticas unidireccionales formadas por plegaduras simples. - Acero: Hasta 60 m de luz. Espesor aproximado 4 mm. - Aluminio: Hasta 35 m de luz Espesor aproximado 8 mm - Madera: Hasta 25 m de luz. Espesor aproximado 25 mm. - Plástico reforzado con fibra de vidrio: Hasta 20 m de luz. Espesor aproximado 4 mm. - Fibrocemento: Hasta 9 m de luz. Espesor aproximado entre 8 mm y 10 mm. 11. GEOMETRÍA: ¿Qué tipo de superficies se pueden desarrollar con CÁSCARAS? Hay tres tipos geométricos básicos de cáscaras: a- Simple curvatura: Traslación: ejemplo: cáscaras cilíndricas. Revolución: ejemplo: cáscaras cónicas. b- Doble curvatura total positiva: Traslación: ejemplo: cáscaras elípticas: paraboloide elíptico. Revolución: ejemplo: cáscaras esféricas: superficies esféricas. c- Doble curvatura total negativa: Traslación: ejemplo: cáscaras con forma de paraboloide hiperbólico.

Revolución: ejemplo: cáscaras con forma de hiperboloide de revolución. 12. ¿Por qué razones elegiría un sistema de CÁSCARAS o PLEGADOS al momento de hacer una propuesta arquitectónica? ¿Cuáles considera desventajas a la hora de la utilización del sistema? Elegiría el sistema de plegados y cáscaras ya que me permite cubrir grandes luces sin apoyo intermedio, hay una disminución del peso propio, tiene una ejecución sencilla, la iluminación es uniforme al hacerle caladuras y tiene buenas condiciones acústicas. Aunque el plegado no admite cargas concentradas y su desarrollo superficial impide un adecuado aislamiento térmico. Y las cáscaras tienen los siguientes problemas. - Problemas de economía en los encofrados, al utilizarse como material estructural el hormigón armado. Una opción son las superficies regladas. - Posibilidad, según dimensiones, del uso de estructuras neumáticas especiales, como encofrados de cáscaras cuya forma responde a un sector de superficie de revolución tipo las cúpulas. - La prefabricación de elementos estructurales, como respuesta al problema de encofrados onerosos. - El tensado, para comprimir sectores de la cáscara a fin de evitar esfuerzos de tracción. - Problemas de impermeabilización de techos curvos: pinturas plásticas (ejemplo, Hypalon). - Problemas acústicos: especialmente en láminas de grandes dimensiones, lisas y duras. - Problemas de aislamiento térmico: utilización de materiales aislantes al exterior, mortero rociado (ejemplo, capa de arcilla expandida). - Problemas de condensación: analizar una adecuada circulación del aire. - Problemas psicológicos: es importante para el arquitecto conocer la reacción de la gente y el efecto que en ella producen los espacios limitados por superficies estructurales curvas y de tan poco espesor. - Problemas de acondicionamiento (confort, iluminación, ventilación). - Problemas de pandeo....