SISTEMAS DE ESTRUCTURASSISTEMAS ESTRUCTURALES II ARQ. JESS RAL GONZALEZ JACOME

PRESENTAN: BALLEZA MARTNEZ MARCOS GARDUO CHAPARRO LUIS ALBERTO HIDALGO VEGA RAFAEL JIMNEZ SALAZAR ALMA MUOS SORIANO VCTOR PACHECO SAUCEDO ALEXA PREZ SORIA JORGE ROBERTO

FECHA DE ENTREGA: 21 DE JULIO DEL 2011

1. Forma acticaSon sistemas portantes de material flexible, no rgido, en los que la transmisin de cargas se efecta a travs de una FORMA adecuada y una estabilizacin de la forma caracterstica. Los componentes bsicos de la estructura solo estn sometidos a esfuerzos normales, es decir, a compresin o traccin: estructuras en estado de tensin sencillo. Sus caractersticas son catenaria (lnea de suspensin)/arco funicular/crculo.

Ejemplo:

Pabelln de Mxico en la India Arq. Bernardo Gmez Pimienta

2. Vector activoLas barras traccionadas o comprimidas colocadas y unidad de una manera determinada para formar un sistema de nodos articulados forman mecanismos que pueden dirigir las fuerzas y transmitir las cargas a lo largo de grandes espacios sin pilares: sistemas de vector activo. La caracterstica de los sistemas de estructuras de vector activo es la triangulacin Los sistemas estructurales de vector activo cambian la direccin de las fuerzas dividiendo las solicitaciones en diferentes direcciones a travs de dos o ms barras y las equilibran mediante las correspondientes reacciones, los vectores. En los sistemas de estructuras de vector activo la posicin de las barras en relacin con la direccin de las solicitaciones determina la magnitud de las fuerzas vectoriales en las barras. Es conveniente un ngulo entre 45 y 60 respecto a la direccin de la solicitacin; as se consigue un cambio de direccin eficaz con fuerzas vectoriales relativamente pequeas. Estos sistemas presentan grandes ventajas como estructuras verticales para edificios de gran altura. Proyectados adecuadamente, pueden combinar las funciones estticas de agrupamiento de cargas lineal, transmisin directa de las cargas y rigidizacin lateral frente al viento. Son el requisito necesario para desarrollar a fondo el urbanismo de la ciudad en su tercera dimensin: la altura. Y debido a su transparencia, expresan convincentemente la capacidad humana para inventiva para manipular las fuerzas y dominar la gravedad.

CERCHAS PLANAS

CERCHAS PLANAS COMBINADAS

CERCHAS CURVAS

MALLAS ESPACIALES

ORQUIDIARIO RUTH CARDOSO

El orquideario Profesora Ruth Cardoso jardn botnico especializado en el cultivo de Orqudeas -, inspira su forma en el hbitat de los africanos y los indgenas de las culturas pre-colombinas. Las formas que ellos usaron para dominar y transformar la naturaleza fueron estudiadas para poder obtener la iluminacin y la ventilacin requeridas, a travs de los procesos constructivos y las tcnicas desarrolladas por estas culturas. Un arco de concreto conforma la estructura del edificio y define la escala del orquideario, entregando el volumen de aire necesario para su desplazamiento permanente, indispensable para mantener la delicadeza de las orqudeas. A partir de esta viga nace una secuencia de marcos metlicos curvos apoyados en un anillo semi-circular, configurando la estructura total. Por un lado, la interseccin de esta estructura metlica esfrica se ubica en el arquitrabe inferior de la viga y en el otro lado en el arquitrabe superior, lo que permite el escape del aire a travs de las aberturas del arco principal de concreto, que tiene adems la funcin de ventilar el interior permanentemente.

Su implantacin sigue las lecciones de sus referentes pre-colombinos, que enterraban la mitad de la construccin para protegerse de los fuertes vientos, dejando slo los techos al exterior. De este mismo modo, en el Parque Villa-Lobos, el nivel del orquideario queda 1.5 metros bajo el nivel de calle y el acceso es generado a travs de una gran rampa.

3. Seccin activaSe compone de elementos retos lineales, estos pueden cumplir funciones estticas si poseen resistencia material, en el caso de los esfuerzos de compresin pueden emplearse como barras a compresin y en el caso de esfuerzos a traccin como barras de traccin. Son elementos resistentes a flexin que no solo absorben fuerzas en la direccin de su eje, si no que tambin pueden desviar fuerzas perpendiculares a su eje mediante tensiones de su eje hasta los extremos, el prototipo de os sistemas de estructuras de seccin activa es la viga lineal sobre dos apoyos. Las estructuras de seccin activa se componen de la actuacin conjunta de los esfuerzos de compresin y de traccin en la seccin de la viga junto con los esfuerzos cortantes. Con las estructuras de seccin activa han llevado hasta las ltimas consecuencias el mecanismo de la continuidad en forma de vigas continuas, prticos rgidos, prticos de varios vanos y prticos de varias plantas. Nosotros creemos que una estructura de seccin activa es una estructura muy fcil de construir, ya que es un sistema hecho a base de vigas horizontales y verticales las cuales pueden estar soportadas las horizontales por las verticales, pueden ser empotradas o incluso pueden formar uniones rgidas y crear marcos rgidos, estos pueden a su vez estar conformados por vigas y pilares aislados. Para la formacin de estructuras de seccin activa es fcil solamente se debe tener conocimiento sobre, esfuerzos de compresin, esfuerzos de traccin y esfuerzos de flexin.

Facultad de Derecho Ciudad Universitaria Mxico DF

4. Superficie activaLos sistemas de estructuras de superficie activa son sistemas de superficies flexibles que a pesar de no resistir flexiones resisten esfuerzos cortantes, de traccin y de compresin en los que la redireccin de las fuerzas se efecta mediante la resistencia de la superficie y una forma adecuada de la superficie. Las superficies sirven para subdividir y delimitar el espacio. Al subdividirlo lo delimitan, y con ello, crean un nuevo espacio. Las superficies son adems el medio geomtrico ms claro para definir un espacio (interior-exterior, de nivel a nivel y de espacio a espacio); debido a su propiedad de formar y determinar un espacio son la abstraccin ms elemental con que se manifiesta la arquitectura. En la construccin pueden satisfacer una funcin bajo determinadas condiciones: las superficies estructurales, que pueden cubrir un espacio y soportar cargas sin otros medios auxiliares, tambin se pueden unir para formar mecanismos que transmitan fuerzas: sistemas de estructuras de superficie activa. Estos sistemas tienen como caractersticas: La continuidad constructiva de los elementos en dos ejes, es decir, la resistencia superficial frente a compresiones, tracciones y esfuerzos cortantes El diseo de una forma correcta, junto con la continuidad de superficie Como caractersticas estructurales se tiene la estructura portante como delimitacin espacial y configuracin de la superficie En los sistemas de estructuras de superficie activa es fundamental una forma correcta que transmita las fuerzas externas y las distribuya uniformemente en pequeas unidades por toda la superficie. Al disear la forma apropiada, se integra el mecanismo de las estructuras de forma activa. Los sistemas de estructuras de superficie activa son envolvente del espacio interior y piel externa del edificio, en consecuencia determinan tanto la forma de espacio como la imagen exterior; por ello son parte esencial del aspecto definitivo de un edificio y un criterio para valorizar su calidad como maquina funcional y eficiente. Debido a su identidad entre estructura y edificio los sistemas de estructura de superficie activa no permiten tolerancia entre estructura y edificio, adems debido a que la forma no es arbitraria, el espacio y la forma del edificio estn sujetos a las leyes de la mecnica

Ejemplo: Parroquia de la Medalla Milagrosa Autor: Flix Candela Direccin Ixcateopan N78 y Matas Romero, Col. Vertiz Narvarte, C.P. 03600

5. Altura activaDada la necesidad de aprovechar de una mejor manera el espacio, y para evitar el crecimiento indiscriminado de manera horizontal en las grandes ciudades, se requiere ocupar poca zona de desplante y hacer construcciones verticales, mejor conocidas como rascacielos. Los sistemas de estructuras de altura activa son la herramienta y el orden estructural para la construccin de rascacielos. En esta categora se recogen las cargas sobre planos horizontales apilados uno sobre otro, absorbiendo y transmitiendo las cargas desde el ltimo piso hasta el primero para que despus todas esas sumas de cargas pasen a ser transmitidas a la cimentacin, para que estas cargas puedan ser transmitidas, se valen de otros mecanismos como son los sistemas de forma, vector y seccin activa ya que no poseen ningn mecanismo propio. Los rascacielos se pueden diferenciar segn el sistema de concentracin de cargas en las plantas: 1. Sistema reticular: Los puntos de concentracin de las cargas estn distribuidos uniformemente por toda la planta. 2. Sistema perimetral: Estn situadas en el permetro. 3. Sistema nuclear: La zona de concentracin de las cargas se encuentra en el centro 4. Sistema puente: Las cargas se recogen a travs de una estructura de mayor magnitud.

Definicin

Fuerzas Caractersticas

SISTEMAS DE ESTRUCTURAS DE ALTURA ACTIVA Los sistemas de estructuras de altura activa son sistemas portantes de elementos slidos y rgidos que se extienden, sobre todo, en vertical, y en los que la transmisin de las cargas la concentracin y cimentacin de las cargas en altura (cargas de altura y de viento)- se realizan a travs de sistemas resistentes en altura, RASCACIELOS. Los elementos del sistema, es decir la transmisin de las cargas y los estabilizadores, suelen estar sometidos a fuerzas diferentes y variables: sistemas con un estado de tensin complejo. CONCENTRACIN DE CARGAS/ CIMENTACIN DE LAS CARGAS/ ESTABILIZACIN

La distribucin de los puntos de concentracin de las cargas no las podemos fundamentar solo en principios de esttica, y lo ideal en un edificio es que se pueda tener una superficie

til en combinacin con un buen diseo arquitectnico para que el edificio no solo seafuncional si no tambin atractivo, muchos edificios caen en la monotona ya que sus elementos verticales son continuos. Los rascacielos que tienen columnas internas son de una seccin considerable lo cual afecta el funcionamiento del edificio, lo cual limita la superficie til de las plantas, una alternativa es la utilizada en el edificio para las oficinas de la Celanese mexicana hoy SEMARNAT el cual es de un sistema nuclear, donde el espacio y las plantas se encuentran con una gran libertad espacial, otro edificio que tambin impacto en los 60s fue el edificio de seguros Monterrey, por su espacio libre de columnas, y para aprovechar al mximo el espacio la superficie til las mismas estructura puede albergar cajas de escaleras asesores, conductos de instalaciones o quedar expuestos.

Edificio para las oficinas de la Celanese Mexicana (1968) Arq. Ricardo Legorreta Arq. Roberto Jean

Edificio de Seguros Monterrey (1963) Arq. Enrique de la Mora, Arq. Alberto Gonzlez Pozo Dr. Leonardo Zeevaert

La estructura adems de cumplir con su funcin estructural puede proporcionar la belleza al edificio, como lo ha demostrado Calatrava en el Turnig Torso, es inevitable hablar del edificio ms alto del mundo ya que estamos hablando de sistemas estructurales de altura activa, y es un caso impresionante, se compone de una base con 3 alas, las cuales ascienden cada una a distinta altura y van haciendo que la estructura del edificio vaya siendo ms pequea, podra citar muchas aspectos de este edificio pero solo para hacer una comparacin muy contundente es el hecho de que tiene un sistema de varillas de 1.5 metros de dimetro en su base y ms de 50 metros de altura. En Mxico no contamos con edificios tan altos aunque somos el sptimo pas con ms edificios en el mundo, pero hay una razn por la que los nuestros edificios representan estructuralmenteBurj Khalifa (2010) Arq. Adrian D. Smith 828 m

retos dignos de admiracin, ya que estamos en una zona de alta actividad ssmica, un suelo con alto nivel fretico, etc Uno de los suelos ms difciles para la construccin.

Turning Torso (2005) Arq. Santiago Calatrava 190 m

Torre Latinoamericana (1956) Arq. Augusto H. lvarez Dr. Leonardo Zeevaert 182 m

Torre Mayor (2003) Zeidler Roberts partnership 230,1 m

6. HbridosLos sistemas estructurales hbridos son dos sistemas de estructuras con diferentes mecanismos de transmisin de cargas para formar una unidad con una mecnica nueva. El requisito de un sistema estructural hbrido es que los dos sistemas sean equiparables en cuanto a su funcin portante y que dependa uno del otro en su nuevo comportamiento. No son sistemas de estructuras hbridos aquellas combinaciones en las que uno de los sistemas tengan un papel subordinado en la transicin de cargas, o cuando los sistemas cumplen por separado una funcin en el proceso de transmisin, como lo son la absorcin de cargas, transmisin de cargas o estabilizacin, etc. Los sistemas hbridos NO PUEDEN CONSIDERARSE COMO UN TIPO DE SISTEMA ESTRUCTURAL independiente o singular: No poseen ningn mecanismo tpico de transmisin de cargas. No desarrollan ningn estado especfico de esfuerzos o tensiones. No disponen de caractersticas estructurales propias.

No se caracterizan por un mecanismo propio de transicin de cargas, sino por la manera especfica de actuar y al tipo de relacin resultante. La unin de diferentes tipos de estructura se consigue bsicamente a partir de tres maneras posibles de relacin: Unin en paralelo = superposicin o alineacin. Unin sucesiva = acoplamiento. Unin cruzada = interpenetracin.

La transicin de cargas se efecta a travs de dos sistemas diferentes que actan a travs de dos sistemas diferentes que actan en paralelo. La accin en paralelo suele ser el resultado de la superposicin de los dos sistemas aunque tericamente tambin un alineacin lateral de sistemas de estructuras. La transicin de cargas de realiza a travs de diferentes sistemas de estructuras que se eligen y unen sucesivamente segn las necesidades mecnicas de las diferentes secciones.

Otro campo de aplicacin es la asociacin de jcenas lineales de vector o seccin activa con estructuras de cables: Sistemas con soportes de cables por encima suyo. Sistemas con cables a traccin integrados.

El potencial de los sistemas estructurales hbridos no se basa en la simple yuxtaposicin de la capacidad portante de dos sistemas, sino en las posibilidades sinergticas que resultan de aprovechar las diferencias entre los sistemas: - Compensacin recproca de esfuerzos crticos. - Funcin doble o mltiple de los diferentes elementos de ambos sistemas. - Mayor rigidez debido a deformaciones opuestas de los diferentes sistemas. Para disear sistemas estructurales hbridos, hay que basarse en dos aspectos: 1.- Disear una unidad (tanto mecnica como esttica) a partir de dos sistemas independientes. 2.-Aprovechar las relaciones sinergticas entre los tipos de sistemas estructurales. Los sistemas de estructuras hbridos son especialmente apropiados para edificios que estn sometidos a grandes cargas: estructuras de grandes luces y rascacielos. Independientemente de que, debido a su falta de una mecnica y forma estructural reconocible, no pueden identificarse como un sistema autnomo, su potencial sinergtico y su interminable multiplicidad de posiciones de combinacin, conllevarn que, en el futuro estos sistemas constituyan una rama propia e importante de los sistemas de estructuras. COMENTARIOS. Sin duda alguna, las estructuras hibridas forman parte de una solucin para darle a los edificios mayor resistencia combinando dos o ms estructuras con diferentes mecanismos de transmisin de cargas para formar una unidad con una mecnica nueva, y as convertir su apariencia en grandes obras arquitectnicas bien definidas; a continuacin se enuncian cinco edificios, sino muy reconocidos, son interesantes a la hora de aplicar este conocimiento, lo que es LA ESTRUCTURA O SISTEMAS DE ESTRUCTURA HIBRIDO.

EJEMPLOS DE APLICACIONES EN EDIFICIOS.Teatro Auditorio Gota de Plata.La estructura del Auditorio es un "sistema hbrido" de 3 componentes, bsicamente 6 grandes elementos de concreto colados en sitio que conforman la columna vertebral del edificio, estructuras prefabricadas de concreto y grandes elementos de acero.

Rozando el cielo Metropol parasol (Sevilla). Arq. Jrgen Mayer H.El proyecto resuelve la construccin de una estructura hbrida, en la que se contiene mltiples funciones, escalas y puntos de vista. El edificio se extiende desde el subsuelo de la plaza de la Encarnacin (donde se encuentra el museo arqueolgico) al suelo desplegado en dos niveles (el nivel 0 lo ocupa el mercado, y en el nivel+1 se extiende la plaza elevada), pasando por la construccin de un techo parasol que a su vez configura una azotea mirador transitable.

Ferrater Serra Vives Cartagena. (Estadio Copa del mundo Sudfrica 2010).Estructura hbrida ligera de cables pretensados formando una red en la cubierta. El grupo liderado por Ferrater prevea derribar y reconstruir la tercera gradera. Presupuesto: 245 millones.

Phare Tower. (Barrio La Dfense, Pars). Arquitecto: Thom MayneEl programa de la torre responde a su estructura hbrida. En el basamento encontramos espacios comerciales restaurantes y estacionamiento. A lo largo del complejo habr amenidades en distintos pisos aleatoriamente. Caf y terrazas tambin son distribuidas a lo largo de la torre. Los espacios pblicos ms importantes se encuentran en 3 zonas. El basamento, el Piso 66 una panormica de 270 grados y los ltimos pisos. El edificio refleja la influencia del contexto en su forma explicados grficamente en los diagramas.

Barn House (Casa y establo). Fayetteville , Arkansas (1994)Tiene un rea habitable de 376 m2 . Su estructura hbrida consta de dos establos , 43 m2 , un paddock para los caballos de 324 m2 , un garaje de 216 m2 , y un rea de estancia de 108 m2 . La estructura se encuentra en un terreno de 3.2 hectreas en una zona arbolada 37 metros sobre el valle Illinois River . Este proyecto incorpora tcnicas de construccin utilizadas en graneros , y materiales simples como contrachapado , vigas de madera de abeto , bloques de cemento arenados y evestimiento de chapas acanaladas de acero aluminizado .

7. Geometra Forma de la estructuraLa geometra en el campo de las estructuras es la determinacin exacta de las lneas, superficies y volmenes que posean propiedades intrnsecas y ventajosas para transmitir las cargas. El fenmeno de la geometra abstracta de las superficies, lneas y volmenes en el espacio, presentan primacas en la mecnica de las fuerzas y suministra modelos prototpicos para las formas estructurales de la arquitectura. Las formas geomtricas tpicas como el circulo, el triangulo, la parbola, la esfera, el cilindro, el tetraedro, etc., introducen todas ellas, bajo la accin de fuerzas externas, un determinado flujo de cargas para alcanzar un determinado estado de equilibrio. En general, la geometra es la teora que determina de forma exacta los lugares en el espacio, las leyes de las figuras planas y tridimensionales y su forma externa. La geometra es un instrumento indispensable para dar forma al entorno material y espacial de los edificios y sus estructuras. La geometra satisface tres funciones importantes, tanto para el diseo de estructuras como para el proyecto arquitectnico: 1. Como instrumento y medio para visualizar los resultado de la proyectacion = geometra de la representacin. 2. Como catalogo de formas prototpicas y sistemas para desarrollar ideas sobre una estructura = geometra de las formas estructurales. 3. Como base cientfica para investigar el espacio y sus leyes =geometra de las lneas, superficies y volmenes.

La geometra de las formas estructurales no est vinculada especialmente a ningn sistema estructural determinado o a una categora especifica de tipos de estructura.

Ejemplo:

Es una obra del Instituto de Fsica, se hizo junto con la construccin de CU en los aos cincuenta, con la finalidad de medir los rayos csmicos, por el arquitecto espaol Flix Candela Outerio quin es famoso por la creacin de estructuras basadas en el uso extensivo del paraboloide hiperblico.

SISTEMAS DE ESTRUCTURAS 1. FORMA ACTIVA Definicin Son sistemas portantes de material flexible, no rgido, en los que la transmisin de cargas se efecta a travs de una FORMA adecuada y una ESTABILIZACIN DE LA FORMA caracterstica Los componentes bsicos de la estructura solo estn sometidos a esfuerzos normales, es decir, a compresin o traccin: ESTRUCTURAS EN ESTADO DE TENSIN SENCILLO CATENARIA (LNEA DE SUSPENSIN)/ARCO FUNICULAR/CRCULO Son sistemas portantes formados por elementos lineales (barras), en los que la transmisin de las fuerzas se realiza por DESCOMPOSICIN VECTORIAL, es decir, a travs de una SUBDIVISIN MULTIDIRECCIONAL DE LAS FUERZAS Los elementos de sistemas (cordones y barras) estn sometidos a compresiones o bien a tracciones: SISTEMAS MIXTOS DE COMPRESIN Y TRACCIN TRIANGULACIN Y UNIN DE NUDOS Son sistemas estructurales de elementos lineales rgidos y solidos incluyendo su forma compacta de losa- en los que la transmisin de las cargas se efecta por MOBILIZACIN DE FUERZAS SECCIONALES Los componentes de la estructura estn sometidos en primer lugar a flexin, es decir, a esfuerzos internos de compresin, traccin y cortantes: ESTRUCTURAS EN ESTADO DE FLEXIN PERFIL DE LA SECCIN Y CONTINUIDAD DE LA MASA

Fuerzas Caractersticas 2. VECTOR ACTIVO Definicin

Fuerzas Caractersticas 3. SECCIN ACTIVA Definicin

Fuerzas

Caractersticas 4. SUPERFICIE ACTIVA Definicin Son sistemas de superficie flexible que, a pesar de no resistir flexiones, resisten esfuerzos cortantes, de traccin y de compresin en los que la redireccin de las fuerzas se efecta mediante la RESISTENCIA DE LA SUPERFICIE Y UNA FORMA ADECUADA DE LA SUPERFICIE Fuerzas Los elementos del sistema estn sometidos, en primer lugar, a solicitaciones de membrana, es decir a fuerzas que actan en paralelo a la superficie: SISTEMAS EN UN ESTADO DE TENSIONES CARACTERSTICO DE LAS MEMBRANAS Caractersticas ESTRUCTURA PORTANTE como DELIMITACIN ESPACIAL y CONFIGURACIN DE LAS SUPERFICIES 5. ALTURA ACTIVA Definicin Los sistemas de estructuras de altura activa son sistemas portantes de elementos slidos y rgidos que se extienden, sobre todo, en vertical, y en los que la transmisin de las cargas la concentracin y cimentacin de las cargas en altura (cargas de altura y de viento)- se realizan a travs de sistemas resistentes en altura, RASCACIELOS. Fuerzas Los elementos del sistema, es decir la transmisin de las cargas y los estabilizadores, suelen estar sometidos a fuerzas diferentes y variables: SISTEMAS CON UN ESTADO DE TENSIN COMPLEJO. Caractersticas CONCENTRACIN DE CARGAS/ CIMENTACIN DE LAS CARGAS/ ESTABILIZACIN 6. HIBRIDOS Definicin Son sistemas en los que la transmisin de cargas se realiza mediante la accin conjunta de dos o ms mecanismos de diferentes tipos estructurales, bsicamente equivalentes en cuanto a su funcin portante. La accin conjunta se consigue a travs de dos posibles maneras de relacin: SUPERPOSICIN o ACOPLAMIENTO