DESARROLLO DE LA CATENARIA Y PROCESOS DE UNION

De Casiopea

Introducción

Para entender el funcionamiento e importancia a la que obedece una catenaria en la arquitectura e ingeniería debemos comprenderla como un sistema arquitectónico que, en su orden estructural, estético y espacial, configuran un cambio en el modo en que se sostiene una forma, permitiendo solucionar problemas tanto estructurales como espaciales integrando la belleza.

De este modo, para el estudio de la Catenaria, es necesario saber cómo aparece y desde ahí. Como Gaudí logra entender el comportamiento de las estructuras en un contexto donde no existe el hormigón armado. Haciendo aparecer la arquitectura y la ingeniería como una sola a la hora de construir llenos y vacios.

En este sentido, vale definir a una catenaria como “la curva que describe una cadena suspendida por sus extremos, sometida a un campo gravitatorio uniforme, es decir, la curva que adopta una cadena, con masa distribuida uniformemente por unidad de longitud, suspendida por sus extremos y sometida a la acción de un campo gravitatorio uniforme.

Es con ello que Gaudí, trabajó a modo de maqueta invertida, configurando la CATENARIA INVERTIDA como arco sometido a compresión, estudiando como actuaban en conjunto, insertos en un contexto complejo.

El más claro ejemplo de esto lo encontramos en La Sagrada Familia, obra en donde combina pilares inclinados, arcos parabólicos y catenarias que pueden soportar a pequeña escala la solidez de este sistema. Estos principio constructivos son el fruto de su estudio a la naturaleza; pilares inclinados, estudio del eucalipto, y la catenaria como la base constructiva de la obra que, con los estudios realizados por Gaudí desde su juventud, llevo a aplicar por completo a esta obra. En donde la catenaria como protagonista, dota a las estructuras de un elemento de gran resistencia, ya que distribuye regularmente el peso que soporta, sufriendo únicamente fuerzas tangenciales que se anulan entre ellas.

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Hipótesis

Configurar una estructura curva en base a una forma de catenaria que sea capaz de repartir y soportar su propio peso y sostenerse por si mismo en posición vertical, teniendo en cuenta las condiciones previas del encargo. Ser una forma que se sostenga al aplicarle fuerzas de compresión y de tracción.


Desarrollo

En primer lugar se configura a partir de una cuerda una catenaria a la cual se le distribuyen cuatro pesos distintos, dos pesos de cuatrocientos gramos (en el centro) y dos de 300 gramos (por los lados). A partir de este primer momento se obtienen 7 trazos con los cuales se construirá posteriormente la catenaria, dando lugar al siguiente paso. Se configurar dos cadenas que se cruzadas con 7 partes cada una, configurando una estructura construida en 14 partes con un solo listón de madera la cual es deformada y construida siendo capaz de sostener el propio peso de la madera.

a. Calculo pesos para formar vectores

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Así para formar una catenaria se toman dos pesos distintos <400gms y 300gms.>, se distribuyen para formar 7 piezas distintas <se toma un numero impar para crear la “piedra fundamental”> colocando los dos pesos mayores para formar esta pieza.

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b. Aparecen las 7 partes de una catenaria

Al momento de colocar pesos a la curva de la catenaria, esta tiende a rectificarse, lo que secciona la forma, siendo este el primer paso para crear un pieza que se pueda ensamblar. La recta central <”piedra fundamental”> es el punto clave de la forma general, ya que será ahí donde se una con la segunda catenaria, como se rectifica es mas fácil lograr el ensamblaje.

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c. Pieza fundamental

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Se opta por crear dos piezas fundamentales, una de cada catenaria, que se ensamblan entre ellas, con un sacado de mitad de la sección en cada trozo para que pase a tener mayor firmeza, ya que este es el lugar fundamental para la resistencia de la forma final.

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d. Catenarias

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Como conflicto principal de la forma final, tomamos la “pieza fundamental”, la cual una vez resuelta, ya nacen las dos catenarias de modo independiente para ser calzadas mas tarde y generar así un ensamblaje total. Ya que el total de las piezas en sus puntos de anclaje, tiene cortes diagonales que permiten que la forma resista cuando se le aplica una fuerza que la haga trabajar en la compresión.

e. Forma final

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Síntesis

Dos cadenas de maderas cruzadas, unidas a través de sus piezas superiores que configuran una cruz a partir de un sacado (pieza 4a-4b) dándole rigidez ante el pandeo a la estructura.


Construcción de cada cadena

Se piensa cada cadena a partir de 7 piezas de madera sin uniones entre ellas, de modo que cada corte en la pieza es pensado para trabarse con su propio peso funcionando de este modo a partir de la gravedad. En este sentido cada cadena se piensa con 3 pares de piezas iguales y una pieza superior que articula la estructura en todos sus planos.


Resolución de problemas

El principal problema que se desarrolló durante la configuración de la estructura fue el deslizamiento de las piezas que no se sostenían por el propio peso, dado los ángulos deseados para la conformación de la curva.

De este modo, para solucionar el problema constructivo, se aplico una lija a la cata inferior de cada pieza solucionando así el problema de la pendiente y otorgándole mejor roce entre cada pieza.

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¿Como analizar gráficamente la posición de la resultante de todas las fuerzas para evitar el colapso de la bóveda? Es habitual para comprobar la estabilidad de las cúpulas de Roma utilizar un principio de la ciencia de la construcción normalmente utilizado para el calculo de la fabrica de bóvedas, por lo tanto, luego de dividir el bloque fundamental estructural, se debe comprobar visualmente si el resultado de las fuerzas laterales (fuerzas definidas por estructura misma) y fuerzas verticales (fuerzas anexas a la forma estructural), ambas deben caer dentro del núcleo central de la sección. Es decir, en la practica ver si cae en la mitad aproximada del tercio medio de esta sección a esto se denomina condición de equilibrio de sistema.

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¿Que sucede si la presión abandona el núcleo central de la sección?

Cuando las fuerzas abandonas esta posición deja de llamarse “presión cóncava”, simplemente porque pasaría a ser una carga excéntrica, pasaría a ser aparte de la estructura al no ser sometido a la compresión ni a la tracción. Por lo tanto, es fácil imaginar lo que ocurriría en este ultimo caso ya que en la practica no tiene resistencia a la tracción, la continuidad estructural se interrumpe por la separación de sus componentes hasta el borde.

Modos estructurales de Cupulas, según materialidad y orden:

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Procesos de unión

Clavado

El clavado es la unión más común para la madera. Además, si nuestra forma de clavar en correcta, pueden reutilizarse los materiales. Para que la unión por medio de clavos sea solida hay que tener en cuenta la profundidad del clavo y las dimensiones de la madera, así como el tipo de madera. Mientras más largo el clavo más profunda es la apertura y más resistente es nuestra unión.

Herramienta necesaria para clavar: El martillo

Tipos de clavos. Se clasifican según el tipo de cabeza.

1 Clavo de cabeza plana, se usan para ensamble de madera con piezas de poco espesor

2 Clavo de cabeza ovalada o clavo perdido, se usan especialmente en carpintería y en pisos de madera, para que no se vea la cabeza del clavo.

3 Clavo de cabeza ancha, se emplean para fijar piezas de cubiertas (tejas, pizarras) y en trabajos de construcción. Hay de distintos largos según el uso que se le den.

4 Clavos de acero, fabricado con un metal de alta resistencia y se emplean para la fijación de la madera sobre materiales de piedra.

5 Clavos para yeso, poseen la cabeza plana y estriada, y se emplean para fijar las placas de yeso sobre entramados de madera. Son galvanizados para evitar las manchas de óxido en el yeso.

6 Clavos para paneles aislantes, se emplean en la fijación de paneles aislantes (como lana de vidrio) sobre materiales blandos. Son galvanizados, de punta cuadrada y cabeza plana, lisa y ancha.

7 Clavos de tornillo, gracias a su forma penetran en la madera. Se emplean para las construcciones de madera. Son muy difíciles de arrancar.

8 Tachuelas y clavos para tapicería, las tachuelas se emplean para fijar los cueros o telas a la madera.

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Atornillado

El atornillado es una de las operaciones más sencillas que se utilizan para unir piezas de maderas. Esto asegura una reutilización de ambas partes tanto el tornillo como la madera. El tornillo se abre paso en las fibras de madera enroscándose y por medio de sus dientes de adhiere a esta haciéndose difícil si expulsión

Tipo de puntas

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Tipo de cabezas

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Soldado

La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales, metales o termoplásticos, logrado a través de la coalescencia, en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de relleno fundido (metal, plástico) y cuando se enfrían se convierte en una unión fija. Para soldar se requieren distintas fuentes de energías como llamas de gas, arco electrónico, laser, rayo de electrónicos, procesos de fricción o ultrasonido.

Tipo de soldaduras

1. Soldadura eléctrica: Uso de la electricidad como fuente de energia para la union metalica.

2. Soldadura por arco: Estos procesos usan una fuente de alimentación para soldadura para crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el material base para derretir los metales en el punto de la soldadura.

3. El soldeo blando y fuerte es un proceso en el cual no se produce la fusión de los metales base, sino únicamente del metal de aportación.

La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes denominada unión por soldadura, así es como se denomina a este contacto de los bordes o superficies de las partes que han sido unidas.

Tipos de uniones

(a) Unión empalmada – en esta unión, las partes se encuentran en el mismo plano y unen sus bordes.

(b) Unión de esquina – Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.

(c) Unión superpuesta – Esta unión consiste de dos partes que se sobreponen (d) Unión T – Una parte es perpendicular a la otra cuando se unen

(e) Unión de bordes – las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común.

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Procesos

Uno de los tipos más comunes de soldadura de arco es la soldadura manual con electrodo revestido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que también es conocida como soldadura manual de arco metálico (MMA) o soldadura de electrodo. La corriente eléctrica se usa para crear un arco entre el material base y la varilla de electrodo consumible, que es de acero y está cubierto con un fundente que protege el área de la soldadura contra la oxidación y la contaminación por medio de la producción del gas CO2 durante el proceso de la soldadura. El núcleo en sí mismo del electrodo actúa como material de relleno, haciendo innecesario un material de relleno adicional.

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Entramado

Los ajustes de agarre automático son la unión de dos par- tes, en las cuales los elementos que coinciden poseen una in- terferencia temporal mientras se oprimen juntos, pero una vez que se ensamblan se entrelazan para conservar el ensamble.

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Existen otros ajustes por interferencia como:

a) Puntillado – es una operación de sujeción en a cual se usa una maquina que produce las puntillas en forma de U de alambre de acero, y de inmediato las inserta a través de las dos partes que se van a unir.

b) Engrapado – son grapas en forma de U que se clavan a través de dos partes que se van a unir. c) Cosido – es un método de unión común para partes suaves y flexibles, tales como telas y piel, el método implica el uso de un cordón o hilo largo entrelazado con las partes para producir una costura continua entre ellas.

Diseño para ensambles

En años recientes el diseño de ensambles ha recibido mucha aten- ción, pero sus operaciones tienen un enorme costo de mano de obra, y para que el diseño sea exitoso se plantean dos puntos sencillos: 1) diseñar el producto con la menor cantidad de partes posibles 2) diseñar las partes restantes para que se ensamblen con facilidad.

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Encolado

El encolado es la unión fija de dos o más piezas por medio de una sus- tancia que, según sus características, se denominada pegamento o cola Las colas o pegamentos más habituales son la cola blanca, la cola de contacto y el pegamento termofusible, aunque hay otros. Encolado de madera El encolado de madera es un procedimiento de unión que emplea cola como pegamento. Es una unión rígida y duradera, pero no resiste al agua, a menos que se trate de cementos epoxi, los cuales son a base de resinas epoxi, y son solubles en solventes químicos. Aquí la madera debe estar seca para que la cola penetre en el material y fragüe correctamente. También debe estar limpia de polvo, viruta, serrín, que absorberían parte de la cola, debilitando o impidiendo la unión.

COLA BLANCA Elemento compuesto por acetato de polivinilo, configurando una sus- tancia espesa, blanca y fácil de limpiar. Se aplica sobre las superficies que se van a unir, se unen las piezas y se sujetan entre sí con gatos. Entre sus características se encuentra que tarda bastante en secar pero las uniones son muy resistentes. No es tóxica y se puede utilizar sobre cualquier superficie, especialmente sobre madera.

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COLA DE CONTACTO Es un adhesivo de caucho sintético, de color miel, de olor característico y muy inflamable. Se aplica con una espátula una fina capa sobre las dos superficies que se desea unir: se deja secar unos minutos hasta que la cola no se muestra pegajosa al tacto y se unen las dos superficies, sin deslizarlas y presionanado ligeramente. Su unión es prácticamente ins- tantánea y puede aplicarse a todo tipo de materiales. Sus vapores son tóxicos.

PEGAMENTO TERMOFUSIBLE Es un adhesivo sólido que se funde al aumentar la temperatura y vuelve a solidificarse al enfriarse. Se presenta en forma de bastoncillos cilíndricos que se cargan en una pistola especial que se conecta a la red eléctrica. Al apretar el gatillo, el pegamento funde y sale por la boquilla. Su unión es firme a los pocos segundos y es ideal para pegar molduras y listones muy finos.

AMARRADO Atar o asegurar mediante cuerdas o cadenas los elementos constructivos de modo de dar firmeza a la estructura. Este proceso puede ser llevado a cabo principalmente para el desarrollo del proceso constructivo más que para su acabado. De esta forma, el amarre puede ser concretado mediante cuerdas, cadenas o alambres para lograr la tensión necesaria que permita el desarrollo de la obra.

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REMACHADO El remache constituye uno de los métodos de unión más antiguos que hay, consiste en un elemento de fijación que se emplea para unir de forma per- manente dos o más piezas. Constituido en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro ma- yor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado. El uso que se le da es para unir dos piezas distintas, sean o no del mismo material.

Con el tiempo se ha logrado un desarrollo en las técnicas de automatiza- ción que consiguen abaratar el proceso de unión. Los campos en los que más se usa el remachado como método de fijación son: automotriz, elec- trodomésticos, muebles, hardware, industria militar, metales laminados, entre otros muchos.

Existe una diferencia entre un roblón y un remache. Los roblones están constituidos por una sola pieza o componente, mientras que los remaches pueden estar constituidos por más de una pieza o componente. Es común denominar a los roblones también remaches, aunque la correcta definición de roblón es para los elementos de unión constituidos por un único elemento.

Entre las ventajas de las uniones remachadas/roblonadas encontramos que se trata de un método de unión barato y automatizable que es válido para unión de materiales diferentes y para dos o más piezas. Además exis- te una gran variedad de modelos y materiales de remaches, lo que permite acabados más estéticos que con las uniones atornilladas. De este modo permite las uniones ciegas, es decir, la unión cuando sólo es accesible la cara externa de una de las piezas.

Sin embargo los remaches no son adecuados para piezas de gran espesor donde la resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se pue- de conseguir con un tornillo. Por otro lado la unión no es desmontable ni estanca, lo que dificulta el mantenimiento.

Conclusión

Para concluir podemos decir que la estructura funciona de manera en que se había pensado, de este modo nos permite pensar en cómo la estructura y la forma van de la mano, pudiendo incluso ser parte de una misma.

Es así como nos maravillamos al observar construcciones como la Sagrada Familia en donde Gaudí mediante observación y prueba logra darle origen a un sistema arquitectónico nuevo que se hace cargo de la estructura y la estética como parte misma de la forma, haciendo de la estructura la forma y así uniendo la arquitectura con la ingeniería como una sola disciplina dándole lugar a la obra.


Bibliografía

Antonio Gaudi - Rainer Zerbst - Taschen http://es.wikipedia.org/wiki/Catenaria

http://www.meneame.net/story/curva-catenaria-cadenas-trenes- arquitectura

http://www.gaudidesigner.com/es/detail_art.php?id=369

http://neoarquitecturas.blogspot.com/2009/12/antonio-gaudi.html