tfg estática gráfica etsam. luis lozano bodeguero

APLICACIONES DE LA ESTÁTICA GRÁFICA AL DISEÑO DE ESTRUCTURAS MEDIANTE HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS

Luis Lozano Bodeguero 50895732-KExp.: 10246

Tutor: José Luis Fernández Cabo

ETSAM aula TFG 3 enero2016

_ÍNDICEI. Introducción

II. Bases de la estática gráficaII.I Notas históricasII.II. Principios

III. MétodoIII.I Método empleadoIII.II. Herramienta empleadaIII.III. Aplicación del método mediante la herramienta

IV. Estudio de casosIII.I. Puente Samuel BecketIII.II. Aeropuerto StuttgartIII.III. Nave del almacén de aduanas de Chiasso

V. Conclusiones

VI. BibliografíaAplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 0.ÍNDICE

1_ INTRODUCCIÓN

Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 1.INTRODUCCIÓN

OBJETIVO

· Estática gráfica en diseño de estructuras: integración diseño, cálculo y construcción.· Conciencia de la forma y del flujo de fuerzas.· A mediados del siglo XIX se desplaza la estática gráfica a la parte de análisis.· Desuso de la estática gráfica en fase de diseño ha obligado a incorporar métodos adicionales de sujeción de la estructura.

· Resurgir de la estática gráfica como herramienta de diseño mediante herramientas informáticas.· Inversión del uso de la estática gráfica: no solo en fase de análisis, también en fase diseño. Se tendrá como origen el equilibrio de fuerzas, no una forma ya dada.· Propuesta de método para el form-finding.

LEONARDO DA VINCI. 1500

SIMON STEVIN. 1586

PIERRE VARIGNON.1725

KARL CULMANN. 1865WILHELM RITTER. 1888 - 1906

MAXWELL. 1870

LUIGI CREMONA.1872

MAURICE KOECHLIN. 1890

GAUDI. 1882 NERVI. 1960

OTTO. 1972 CONZETT. 2015

A mediados del siglo XIX quedan consolidadas las bases de la estática gráfica a la par que entra en desuso.

2_ BASES DE LA ESTÁTICA GRÁFICA. NOTAS HISTÓRICAS

Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 2.BASES


Polígono abierto. ∑ F ≠ 0 Polígono cerrado. ∑ F = 0

EQULIBRIO DE FUERZAS DEL SISTEMA

↓ POLÍGONO DE FUERZAS

EQULIBRIO DE MOMENTOS DEL SISTEMA

↓POLÍGONO DE FORMA O

FUNICULAR

Par resultante. ∑ M = 0

RELACIÓN RECÍPROCA POLÍGONO DE FUERZAS – POLÍGONO DE FORMA O FUNICULAR


NOMENCLATURA DE BOW

Polígono de forma o funicular.

Polígono de fuerzas.Nomenclatura de fuerzas.

· Relaciona polígono funicular y polígono de fuerzas mediante referencias alfanuméricas.

3_ MÉTODO

Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 3.MÉTODO

· Parte del equilibrio de fuerzas y llega a formas posibles.

· Objetivo: situar la estática gráfica como herramienta de diseño de primer orden, que

se emplee la estática gráfica en fase de producción de idea, no solo análisis.

· Aunar diseño, cálculo y construcción.

· Ámbito de aplicación: únicamente presencia de fuerzas axiles (compresión y tracción) en el sistema, no existencia de momentos flectores.

Herramientas: Geogebra y/o Grasshopper.

HERRAMIENTA EMPLEADA: GEOGEBRA


INTERFAZ DE GEOGEBRA

· Programa de geometría que permiteparametrizar las construcciones

· Trabaja con puntos, vectores, segmentos, rectas y planos, en 2D y 3D.

· Contiene una hoja de cálculo (similar a hojas Excel).

· Permite extraer los datos en formato Gif y formato imagen.


1.- IDENTIFICAR LA TOPOLOGÍA

Nudos:Barras:

· Se determina la topología y se identifican los nudos, las barras y sus relaciones.

2.- DEFINIR CONSTRICCIONES GEOMÉTRICAS DE NODOS

Punto fijo:Punto con constricción a línea recta o curva:Punto libre:

· Se determina la libertad de movimiento de cada punto.


3.- DEFINIR CONSTRICCIONES GEOMÉTRICAS DE BARRAS

Paralelas:Verticales:Horizontales:A punto común:

· Se determinan las posibles constricciones o propiedades de las barras.


4.- DETERMINAR ACCIONES Y LOCALIZAR PUNTOS DE APOYO

Acciones:Puntos de apoyo:

· Se determinan las acciones en magnitud y posición. · Se localiza la posición de los apoyos.


5.- IDENTIFICAR REGIONES (nomenclatura Bow)

Regiones internas: 1, 2, 3Regiones externas: A, B, C

· Se da una referencia alfanumérica a las regiones internas y externas de la forma.


6.- TRAZADO DE POLÍGONO DE FUERZAS (método Cremona)

· Se traza el polígono de fuerzas de acuerdo a la parametrización dada. · Se impone un cierre arbitrario del polígono de fuerzas que determina reacciones y la forma de la estructura.


7.- TOMA DE DATOS Y COMPARACIÓN (cantidad de estructura)


Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 4. ESTUDIO DE CASOS

4_ ESTUDIO DE CASOS1. PUENTE SAMUEL BECKETT

2. AEROPUERTO STUTTGART

3. NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO

Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 4.1.ESTUDIO DE CASOS: PUENTE SAMUEL BECKETT

PUENTE SAMUEL BECKETT· Arquitecto: Santiago Calatrava· Año de construcción: 2007· Ubicación: sobre el río Liffey en el centro de Dublin, Irlanda.

PUENTE SAMUEL BECKETT. TOPOLOGÍA· Variables parametrizadas: - longitud de contrarresto

- longitud del tirantes- arranque del contrarresto


PUENTE SAMUEL BECKETT. FORMA CONSTRUIDA


PUENTE SAMUEL BECKETT. FORM-FINDING

_Variando longitud de tirantes_Variando arranque de contrarresto

_Variando longitud de contrarrestoPosible reducción de gastos en cantidad de material del 3%


PUENTE SAMUEL BECKETT. FORM-FINDINGPosible reducción de gastos en cantidad de material del 23%

_Variando longitud de tirantes_Variando longitud de contrarresto

_Variando arranque de contrarresto


PUENTE SAMUEL BECKETT. FORM-FINDINGPosible reducción de gastos en cantidad de material del 8%

_Variando longitud de tirantes_Variando arranque de contrarresto

_Variando longitud de contrarresto


PUENTE SAMUEL BECKETT. FORMA ÓPTIMAPosible reducción de gastos en cantidad de material del 34%


Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 4.2.ESTUDIO DE CASOS: AEROPUERTO STUTTGART

AEROPUERTO DE STUTTGART.· Arquitecto: Meinhard Van Genkar· Año de construcción: 2004· Ubicación: a 13 km al sur de Stuttgart, Alemania.


AEROPUERTO DE STUTTGART. TOPOLOGÍA· Variables parametrizadas: - nudos


AEROPUERTO DE STUTTGART. FORMA CONSTRUIDA


AEROPUERTO DE STUTTGART. FORMA ÓPTIMAPosible reducción de gastos en cantidad de material del 15%.

· “Negación del sistema”· Poca estabilidad global del sistema


AEROPUERTO DE STUTTGART. FORM-FINDINGConstantes gastos en cantidad de material.

· Nudos a altura constante


AEROPUERTO DE STUTTGART. FORM-FINDING· Nudos de modo desordenado Posible aumento de gastos en

cantidad de material del 16%.


AEROPUERTO DE STUTTGART. FORM-FINDINGPosible reducción de gastos en cantidad de material del 9%.

· Nudos a alturas inferiores


AEROPUERTO DE STUTTGART. FORM-FINDING· Nudos a alturas superiores Posible aumento de gastos en

cantidad de material del 91%.

Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 4.3.ESTUDIO DE CASOS: NAVE CHIASSO

NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO.· Arquitecto: Robert Maillart· Año de construcción: 1924· Ubicación: en la frontera con Italia en Chiasso, Suiza.

NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO. TOPOLOGÍA· Variables parametrizadas: - inclinación de la cubierta

- longitud de montantes- ángulos extremos



NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO. FORMA CONSTRUIDA

NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO. FORM-FINDING

_Variando longitud de montantes_Variando ángulos extremos

_Variando inclinación de la cubierta Posible reducción de gastos en cantidad de material del 2%


NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO. FORM-FINDING

_Variando longitud de montantes_Variando ángulos extremos

_Variando inclinación de la cubierta Posible reducción de gastos en cantidad de material del 12%


NAVE DEL ALMACÉN DE ADUANAS DE CHIASSO. FORMA ÓPTIMA

Posible reducción de gastos en cantidad de material del 16%


Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 5.CONCLUSIONES

5_ CONCLUSIONES· El protagonismo de la herramienta matemática desde el siglo XIX ha supuesto la desintegración diseño – cálculo - construcción.· La desintegración entre estas variables hace que el factor diseño y estético de la forma estructural pierdan su esencia, debido a modificaciones de diseño exigidas en el cálculo de la fase de análisis.· El diseño de estructuras con el método tradicional (matemático) exige un proceso de diseño - análisis de prueba y error, hasta encontrar una solución suficientemente estable, estéticamente adecuada y de coste razonable.· Mediante la estática gráfica las fases de diseño y análisis son simultáneas, ayuda a entender el funcionamiento de la estructura.· El método recupera el uso de la estática gráfica en la fase cero del proyecto, aprovechando la precisión de las herramientas informáticas.· Contribución a la aproximación de Arquitectura e Ingeniería Civil, colaboración mutua en el campo del Form – Finding.

Aplicaciones de la estática gráfica al diseño de estructuras mediante herramientas informáticas: 6.BIBLIOGRAFÍA

· BAKER,W., BEGHINI,L., MAZUREK,A., CARRION, J., BEGHINI,A., 2012, Maxwell's reciprocal diagrams and discrete Michell frames.· BEER,F.P, RUSSELL, E., EISENBERG, E.R., 2007, 8ª ED. Mecánica vectorial para ingenieros. Estática. · BEGHINI,L., BEGHINI,A., BAKER,W., 2013. Structural optimization using graphic statics.· CERVERA,J. 1988. Tres Teoremas Fundamentales de la Teoría del Diseño de Estructuras.· CHARLESON,A. 2006. La estructura como arquitectura: Formas, detalles y simbolismo. Ed. Reverté.· CREMONA,L. 1872. Le figure reiproche nella grafica statica. Milano.· CULMANN,K. 1865. Die Graphische Statik, Meyer und Zeller. Zurich.· FIVET,C, ZASTAVNI,D., CAP,JF., 2015. Extending Graphic Statics for User-Controlled Structural Morphogenesis.· GERHARDT, R., KURRER,K-E., PICHLER,G., 2003. The methods of graphical statics and their relation to the structural form.· JACOBO, G.J., 2004. El diseño estructural por medio de los métodos gráficos. · LACHAUER, L., JUNGJOHANN,L., KOTNIK,T., 2015. Interactive Parametric Tools for Structural Design.· LEE, J., FIVET,C., MUELLER,C., 2015. Modelling with forces: grammar-based graphic statics for diverse architectural structures. Massachusetts Institute of Technology.· LUZ SALCEDO, M. 2006. La estructura como generadora de espacios arquitectónicos. Bogotá.· MAXWELL, JC. 1870. On reciprocal figures, frames, and diagrams of forces. Edimburgo. · PANSERI, E. 1975. Curso medio de estática gráfica. Ed. Construcciones sudamericanas.· RITTER, W. 1888-1906. Anwndungen der graphischen Statik. Zurich.· VARIGNON, P. 1725. Nouvelle Mécanique ou Statique. Paris.· STEVIN,S. 1586. De Beghinselen der Weeghconst. Brujas.· TIMOSHENKO,S.P. 1953. History of Strength of Materials. EEUU.· TIMOSHENKO,S.P., LACHAUER, L., 1981. Teoría de las estructuras, Ed. ELCANO S.A. (1ª Edición)· VAN MELE,T., LACHAUER, L., RIPPMANN, M., BLOCK, P. 2012, Geometry-based Understanding of Structures.· ZASTAVNI,D. 2008. The structural Design of Maillart's Chiasso Shed.

6_ BIBLIOGRAFÍA

APLICACIONES DE LA ESTÁTICA GRÁFICA AL DISEÑO DE ESTRUCTURAS MEDIANTE HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS

Luis Lozano Bodeguero 50895732-KExp.: 10246

Tutor: José Luis Fernández Cabo

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