Magdalena Friedrichs Lagos - Ficha 08/14082014

De Casiopea

Casos Constructivos y Estructurales: clase nº8.

Materia de la clase.

Arriostramiento.

Para que una estructura se considere segura, debe estar en equilibrio estable, es decir, que si una perturbación la saca de su estado de equilibrio, sea capaz de volver a él.

Uno de los métodos de estabilizar una estructura es al arriostriamiento, que consiste en poner piezas en forma oblicua o diagonal en los rectángulos de una armazón o estructura a fin de asegurarla. Una estructura esta correctamente arriostrada cuando ante cualquier cambio arbitrario de su configuración los elementos que generan esfuerzos internos se deforman lo suficiente como para volver a la configuración original. Es decir, se produce una deformación no plástica. En un edificio, si la unión viga soporte no está garantizada, debe recurrirse al arriostramiento para hacerlo estable.

Con respecto a las uniones (continuación).

Los vínculos en una estructura son los responsables de transmitir los esfuerzos de una pieza a la otra. Tienen que ver con el servicio que ofrece esta estructura, vale decir, el estándar de confortabilidad de la misma.

Una tercera significación con respecto a las uniones tiene que ver con la indeformabilidad del triángulo y cómo esta se involucra en el uso del nudo como configuración de la estructura.

Estructuras trianguladas (del libro Forma Resistente, de José Ignacio Baixas.

Las estructuras trianguladas basan su resistencia en el principio de indeformabilidad del triángulo, el cual hace que si tuviéramos un triángulo cuyas aristas son barras rígidas y le aplicáramos fuerza en sus nudos, estas barras sólo resistirán tracciones o compresiones.

Si las fuerzas que actúan sobre el triángulo son constantes en el tiempo, y podemos tener relativa certeza de eso, se podrá modelar cada barra para el esfuerzo preciso que tendrá que resistir. Por otro lado, si las fuerzas que actúan sobre la estructura serán variables en el tiempo, conviene hacer todas las barras iguales, de tal manera que sean capaces de resistir tanto la tracción como la compresión.

Vigas y cerchas trianguladas.
  1. VIGA HOWE: las diagonales, los elementos mas largos de la estructura, resisten las compresiones. Esta viga fue muy usada en las antiguas construcciones en madera. La cercha inglesa de diseño similar pero inclina a “dos aguas” la cuerda superior.
  2. VIGA PRATT: a diferencia de la viga Howe, en esta los elementos diagonales son traccionados, por lo tanto es muy utilizado el acero para su construcción. De manera similar a la cercha inglesa, la cercha americana transforma en dos barras oblicuas la cuerda superior de la viga Pratt.
  3. VIGA WARREN: es una buena solución cuando las uniones son soldadas, de manera que se generan flexiones en las barras que pueden producir pandeos, debido a la rigidez de los nudos. Se compone de elementos del mismo largo, por lo que es especial en estructuras que reciban cargas variables en el tiempo.

Una variación de esta viga es el carcha belga.

Vigasjuntas copia.jpg
Estructuras estereométricas (placas espaciales).
Vista de cubierta estereométrica.

Son placas estructurales cuya resistencia a la flexión entre apoyos se origina en una triangulación en varias coordenadas. Están formadas por un conjunto de vigas colaborantes que en planta forman una malla ya sea rectangular o triangular. El apoyo de estas estructuras debe distribuirse en líneas o áreas extensas.

Los sistemas de apoyo de estas estructuras se pueden sintetizas en:

  • La deformación de la misma placa hasta llegar al suelo.
  • Refuerzo gradual de las barras a medida que se acercan a los puntos de apoyo.
  • Construir vigas o muros que soporten la estructura de manera lineal (líneas de apoyo).
  • Recibir el apoyo en una especia de “árbol” formado por bielas o también por nudos rígidos que converjan a un punto.


Casos referenciales en los que ha sido usadas son la Iglesia de Hochdahl y el aereopuerto de Stuttgart, Alemania.

Balloon Framing.

Casa de considerable tamaño en proceso de construcción con el método balloon frame
Casa construida con el sistema balloon frame a medio terminar.

Es un tipo de estructura cajón, diseñado en Estados Unidos durante la expansión del Lejano Oeste y aplicado a construcciones de no más de 4 pisos. La resistencia de este sistema reside en la rigidez de su planos divisorios. Su desarrollo estuvo relacionado directamente con el desarrollo del clavo.

La comprensión del sistema constructivo se puede descomponer de su nombre: “frame” es el vocablo inglés para referirse a un marco, y estructuralmente hace alusión al esqueleto estructural compuesto por elementos livianos (listones de madera generalmente) diseñados para dar forma y soportar el peso de la estructura. El entramado o retícula que se arma con estos elementos se recubre con planchas de madera para formar así los muros de la construcción.

El concepto básico del Balloon Framing es el uso de montajes que tienen la altura total de la construcción, con las vigas del entrepiso sujetas en forma lateral a los montajes, quedando así contenidas dentro del volumen total de edificio.


Un paralelo más moderno es el Steel Framing, en el cual el entramado estructural de la construcción se hace con acero galvanizado en vez de con madera.

Ventajas de la construcción en seco.

1. Una de las mayores ventajas es el ahorro de tiempo.

Por ser liviano y fácil de entender, permite avanzar con gran rapidez en su construcción, llegando rápidamente a la cubierta y así facilitar el trabajo de manera protegida. Esto mantiene en mejores condiciones tanto a la mano de obra como a los materiales.

2. Mayor confort y ahorro de energía.

Este sistema permite tener costos en calefacción y refrigeración inferiores al 50% de los necesarios para una construcción tradicional. Esto es debido a que la madera tiene una mejor aislación térmica que otros materiales comúnmente usados como el acero o el ladrillo, además de expulsar mejor la humedad.

3. Liviano: Pesa menos del 25% que una construcción tradicional, por lo que muy bueno para construir en plantas de altas edificaciones.

4. Abierto: se puede combinar con sistemas constructivos y otros materiales dentro de una misma estructura.

5. Flexible: ya que no tiene un módulo fijo, se puede diseñar y modificar con facilidad.

6. Versátil: por la flexibilidad mencionada en el punto 5, admite sin mayor complicación ampliaciones.

7. Modular: Está compuesto por sub- sistemas (estructurales, de aislaciones, de terminaciones exteriores e interiores, de instalaciones, etc.) funcionando en conjunto de manera relacionados, generando optimización de recursos de materiales, mano de obra y tiempos de ejecución y como consecuencia final la optimización de los costos.

8. Antisísmico: atenúa la actuación sobre la estructura de los efectos de los sismos. Su resistencia y flexibilidad permiten resistir lo movimientos laterales, muy usado por esta misma razón en países como Japón.

7. Debido a la numerosas posibilidades en revestimientos, puede soportar exigencias climáticas severas.

8. Permite pensar de manera eficiente las aislaciones térmicas y acústicas, incorporando nuevas tecnologías como diferentes tipos de membranas.

9. El costo me mantenimiento es muy bajo ya que las reparaciones son simples de realizar.

Una importante desventaja del sistema es que, al existir una gran continuidad entre las plantas, presenta un mal diseño frente a la propagación del fuego en un incendio.

Composición.

El sistema de fundación más usado y por lo tanto más apto para el Balloon Framing es el pilotaje en todas sus variantes, dependiendo de las condiciones del suelo.

El muro cumple las funciones de protección térmica, eólica y visual. Sostiene entrepisos y techos, y su tecnología depende principalmente del material a usar. Las caras interiores y exteriores se revisten con diferentes capas en función del aislamiento requerido.

Estructuras reticuladas.

Las estructuras reticuladas se configuras con barras que pueden recibir esfuerzos axiales. Por ejemplo, los nudos de articulaciones no transmiten el momento, sólo la carga axial.

El triángulo, como figura estructural, no se deforma independientemente de la fuerza que se le aplique, ya que las componentes de la fuerza se anulan entre sí. Siempre una fuerza que se aplique tiene cómo ser contrarrestada en los nudos. Es por esto se reticula utilizando la indeformabilidad del triángulo, para hacer estable la estructura.

Si analizamos la siguiente viga:

VIGAESQCLASE1.jpg
  • La cuerda superior va a estar comprimida y la cuerda inferior va a estar traccionada.
  • El nudo 6 se equilibra de la siguiente manera:
Nudo6.jpg
  • El nudo dos lo hace así:
Nudo2.jpg
  • En el nudo 8 sucede lo siguiente:
Nudo8.jpg

No se puede equilibrar la barra 3-8.

Todos los sistemas, aunque sean continuos como el hormigón, se pueden pensar en reticulado, ya que lo que se saca de este modelo es cómo se transmiten los esfuerzos dentro de la estructura.

Fuentes.

  • Juan Ignacio Baixas, Forma Resistente. Ediciones ARQ, 2ª edición 2010.
  • Rafael Riddell y Pedro Hidalgo, Fundamentos de Ingeniería Estructural para Estudiantes de Arquitectura. Ediciones UC, 3ª edición, mayo 2011.
  • http://www.casasangostura.com.ar/sistema_constructivo.html
  • www.construmática.com
  • Ricardo Aroca, Arriostamiento (cuaderno 91.01). Publicación de la Escuela de Arquitectura de Madrid.