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En el Diseño Arquitectónica se da frecuentemente que la concepción de un proүесто агquitесtónico se centra únicamente en la función a la forma o en la combinación de ambas, dejando a un lado la estructura así como la posibilidad de lograr un proyecto integral que combine estos tres aspectos, y más que combinarlos complementarios, ya que la estructura puede convertirse en un elemento formal y funcional que corresponda al carácter y la naturaleza del proyecto. En el proceso de diseño tiende a concebirse el sistema estructural una vez definido todo el proyecto, en lugar de incorporar en el proceso creativo la concepción del sistema estructural ideal correspondiente a los principios de diseño utilizados. Logrando con esto un proyecto completo integrado por la función, la forma y la estructura Ahora bien, para lograr esa integración entre los sistemas estructurales y la concepción funcional/formal que de han conformar el proyecto arquitectónico es necesario conocer y comprender el funcionamiento de estos sistemas así como poseer ciertos criterios que nos guíen a la selección apropiada del sistema
EXAMEN FINAL DE ESTRUCTURAS
CLASE 6
JUSTIFICACIÓN
Uno de los principales problemas que enfrenta el estudiante al encarar un proyecto es ¿Cómo estructurarlo? Enfrentando con esto un problema que puede interferir en el proceso creativo de diseño, ya que si bien existe una amplia variedad de bibliografía en cuanto, a sistemas estructurales, en las cuales se exponen los diferentes sistemas y su funcionamiento, es mínimo el material que exponga en concreto criterios simples y sencillos que lleven a los estudiantes a una selección apropiada de el sistema estructural dando con esto ple a que se logre una concepción Integra del proyecto arquitectónico, ya que una vez identificados y comprendidos estos criterios concretos es más sencillo aplicarlos al proceso de diseño logrando una relación directa entre función, forma y estructura. En el presente estudio se ha de enfocar en los sistemas estructurales y materiales más comunes, en sistemas. nuevos por la importancia que tiene su conocimiento, procurando dar siempre prioridad a aquellos sistemas que sean factibles para su aplicación en Perú. Dentro de estos sistemas se pueden enumerar los siguientes:
● Armaduras ● Estructuras funiculares: Cables y Arcos ● Estructuras Membranáceas y Redes ● Cáscaras ● Estructuras masivas ● Estructuras verticales
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Un concepto sencillo de estructura podría ser "la unión de elementos cuyo objetivo es resistir cargas y transmitirlas al suelo." Las estructuras están relacionadas a nuestras vidas de tantas maneras que no podemos ignorarlas ya que tanto los edificios con nosotros mismos poseemos una estructura, el esqueleto es la estructura que nos mantiene en pie; en arquitectura existen diferentes tipos de estructura y su aplicación no es sino el resultado de su conocimiento y comprensión.
● Necesidad de protección y espacios cerrados. ● Necesidad de definición de espacios interiores, subdivisión y separación. ● Necesidad de espacio interior libre.
GENERACIÓN DE ESPACIOS LIBRES
El desarrollo de actividades en lugares cerrados crea la necesidad de producir espacios interiores libres. Estos espacios pueden ser muy pequeños (baños) o muy grandes (gimnasios). Para la generación de espacios abiertos es necesaria la función estructural básica de cobertura de claros, la magnitud del problema de cobertura se determina por la carga y el claro; a medida que aumenta el claro, se incrementa rápidamente el esfuerzo requerido por la estructura, y se reducen las opciones para el sistema estructural.
CLASE 7
PRINCIPALES ELEMENTOS ESTRUCTURALES
La mayoría de los edificios consiste en combinaciones de tres elementos básicos: muros, columnas y vigas, techos y pisos. Estos elementos se conjuntan para crear tanto divisiones de espacio como espacios libres.
ELEMENTOS : los elementos rígidos comunes incluyen vigas, columnas, arcos, superficies planas, superficies curvadas simples, así como cáscaras con diferentes curvaturas. Los elementos flexibles incluyen cables y membranas memb (planas, simple y doblemente curvadas). Adicionalmente, sin número de otros tipos de estructuras (marcos, armaduras, domos geodésicos, redes, etc.) son derivadas de estos elementos.
VIGAS Y COLUMNAS: las estructuras resultantes de colocar un elemento rígido horizontal sobre un elemento rígido vertical son comunes, usualmente llamadas vigas y columnas. Las vigas resisten las cargas que son aplicadas perpendicularmente y las transmiten a los soportes verticales o columnas. Las columnas, soportadas axialmente por las vigas, transmiten las cargas al suelo (Fig 1).
FIGURA: Viga simplemente apoyada y Columnas
MARCOS : los marcos son similares en apariencia a las vigas y columnas, pero tienen un comportamiento estructural diferente debido a las juntas rígidas entre los elementos verticales y horizontales que lo conforman (Fig 2). Esta rigidez provee en cierta medida estabilidad ante fuerzas laterales, característica no presente en el sistema de vigas y columnas. En un sistema de marcos, tanto las vigas como las columnas son deformadas por flexión como consecuencia de las cargas ejercidas en la estructura. Como con las vigas y columnas, las dimensiones y largos de sus elementos individuales son limitados. Como consecuencia, los miembros son usados de manera repetitiva en los edificios.
FIGURA 2: Marco Rígido
ARMADURAS : las armaduras son elementos estructurales resultantes de la unión de elementos cortos y rígidos en patrones triangulares. La estructura resultante es rígida producto de la exacta colocación de sus miembros individuales (Fig. 3). Algunos modelos (modelos cuadrados más que triangulares) no necesariamente tienen como producto una estructura rígida (a menos que las uniones sean tratadas de la misma manera que en los marcos rígidos). Una armadura compuesta por elementos discretos es afectada por las cargas como un todo y no cada elemento de manera individual, sin embargo cada uno de estos elementos es sometido a tensión o compresión según sea el caso.
Armadura Fink o W Armadura Belga
Armadura Pratt Armadura Howe
Armadura K Armadura Warren
Los muros se pueden clasificar basándose en sus funciones arquitectónicas y estructurales, las cuales influyen en muchas de las decisiones de diseño respecto a la elección de materiales y detalles. Algunas categorías básicas son:
MUROS ESTRUCTURALES: estos cumplen funciones esenciales en el sistema estructural general del edificio, Los muros de carga soportan techos, pisos y otros muros. Muros no estructurales: actualmente, ningún elemento se considera como muro no estructural, si se piensa que lo mínimo que puede hacer un muro es sostenerse a sí mismo.
Sin embargo, el término "no estructural" se usa para describir muros que no contribuyen al sistema estructural general del edificio; es decir que no soporta cargas ni proporcionan rigidez a otras partes del edificio. Cuando éstos se ubican en el exterior se llaman muros de cortina, y ti están en el interior se llaman muros divisorios.
MUROS EXTERIORES : como parte del revestimiento del edificio, los muros exteriores tienen generalmente cierto número de funciones necesarias, incluyendo las de barrera y filtro. El viento produce presiones tanto hacia adentro como hacia fuera (succión) que los muros exteriores deben transmitir al sistema de contraventeo lateral del edificio. Normalmente, los muros exteriores son permanentes, en comparación con algunas muros interiores que se pueden reubicar si no son estructurales o de carga.
MUROS INTERIORES : aunque generalmente cualquier muro requiere realizar algunas funciones de barrera, los. Los muros interiores no necesitan ser separaciones entre los medios interior y exterior y no resisten las presiones directas del viento.
Pueden ser permanentes, como cuando encierran escaleras, elevadores, ductos o baños, pero con frecuencia son esencialmente divisiones y se pueden construir como tales. En muchos muros se pueden incorporar puertas o ventanas o generar espacios ocultos para colocar elementos como ductos, cableados o tuberías. Los muros construidos con materiales huecos proporcionan estos útiles espacios ocultos, mientras que aquellos construidos con materiales sólidos pueden presentar problemas en este aspecto.
SUPERFICIES CILÍNDRICAS Y BÓVEDAS : Las bóvedas y superficies de cañón son ejemplos de superficies de curvatura simple. Una superficie de cañón se extiende de manera longitudinal así como la curva es perpendicular a la dirección de la extensión (Fig.). Cuando es suficientemente larga, una superficie de cañón se comporta de manera similar a una viga de sección curva. Una bóveda, en contraste, es una superficie curva simple que se extiende transversalmente, puede ser concebida como un arco continuo (Fig)
SUPERFICIES ESFÉRICAS Y DOMOS:
Una amplia variedad de superficies de doble curvatura son usadas actualmente incluyendo estructuras que son porciones de esferas así como paraboloides hiperbólicos, Probablemente la forma más común es la cúpula, es conveniente pensar en estas superficies como arcos en rotación. Esta comparación sin embargo no refleja la forma en que son tratadas las cargas ya que en estas superficies se inducen cargas circulares no presentes en los arcos. Los domos y superficies esféricas son sumamente eficientes, capaces de cubrir grandes luces con poco material. Las superficies curvas pueden estar conformadas por elementos repetidos en un patrón, tal es el caso de los domos geodésicos.
INTENCIÓN FORMAL
Existen tres vías fundamentales por las cuales el sistema estructural puede relacionarse con la forma de un proyecto:
- Exponer el sistema estructural
- Ocultar la estructura
- Enfatizar la estructura
EXPONER EL SISTEMA ESTRUCTURAL
Exponer la estructura
Históricamente, los sistemas de muros de carga de piedra
y albañilería dominaron la arquitectura hasta el
advenimiento de la construcción de hierro y acero a finales
del siglo XVII. Estos sistemas estructurales también
funcionaban como cerramientos y, por tanto, expresan la
forma de la arquitectura, normalmente de un modo honesto y directo.
Con independencia de las modificaciones formales que fueron introduciéndose, solían ser el resultado de modelar o tallar el material estructural como medios para crear elementos adicionales, vacíos por sustracción o relieves dentro del volumen de la estructura. Incluso en la Edad Moderna existen ejemplos de edificios que muestran sus sistemas estructurales -ya sean de madera, acero u hormigón- y los utilizan como elementos primarios de la forma arquitectónica.
OCULTAR LA ESTRUCTURA
En esta estrategia, el sistema estructural queda oculto por
el revestimiento exterior y la cubierta del edificio. Algunas
de las razones para ocultar la estructura son de orden
práctico, como cuando los elementos estructurales deben
contar con un revestimiento para protegerlos del fuego, o
contextuales, como cuando la forma exterior que se busca
no se corresponde con los requisitos del espacio interior
En este último caso, la estructura puede organizar los
espacios interiores, mientras que la forma del cerramiento
exterior responde a los condicionantes o restricciones del emplazamiento
Puede que el deseo del proyectista sea la libertad de
expresión de la envolvente sin tomar en consideración
cómo el sistema estructural puede ayudar o dificultar las
decisiones formales, pero el sistema estructural también
puede quedar oculto por negligencia, antes que
intencionadamente. En cualquiera de los casos, son
preguntas legítimas sobre si los resultados son
intencionados o accidentales, voluntarios o, por decirlo
así, descuidados.
ENFATIZAR LA ESTRUCTURA
Más que estar simplemente expuesto, es posible sacar partido de un sistema estructural como una característica del diseño, enfatizando la forma y la materialidad de la estructura. La naturaleza a menudo exuberante de estructuras basadas en láminas o membranas, las convierte en candidatas perfectas para esta categoría.
CORRESPONDENCIA
Donde existe una correspondencia entre estructura y
composición espacial puede ocurrir que la distribución de
pilares y vigas dicte la disposición de los espacios dentro
del edificio, o que la distribución espacial sugiera un
determinado tipo estructural. ¿Qué viene primero en el
proceso de diseño? En casos ideales, consideramos
conjuntamente espacio y estructura como
codeterminantes de la forma arquitectónica. Sin embargo,
la composición de espacios según las necesidades y
deseos a menudo es anterior a la reflexión sobre la
estructura. Por otro lado, en ocasiones la estructura puede
ser la idea motor que guíe el proceso de diseño.
En cualquier caso, los sistemas estructurales que fijan una
distribución de espacios de ciertos tamaños y
dimensiones, o incluso un esquema.
CONTRASTE
Cuando no existe correspondencia entre forma estructura
y composición espacial, alguna de ellas puede asumir el
protagonismo. La estructura puede ser lo bastante grande
como para albergar una serie de espacios dentro de su
volumen, o la composición espacial puede dominar sobre
una estructura que se oculta. Un sistema estructural
irregular o asimétrico puede envolver una composición
espacial más regular, mientras que una retícula estructural
puede proporcionar una modulación sobre la cual disponer
una composición más libre.
Puede resultar deseable distinguir entre espacio y
estructura para proporcionar flexibilidad a la distribución,
permitir el crecimiento y la expansión, hacer visible la
identidad de los distintos sistemas del edificio o expresar
las diferencias entre las necesidades, deseos y relaciones
interiores y exteriores.
Pero antes de que los distintos elementos puedan ser
aislados para su estudio y cálculo, es importante que el
proyectista comprenda cómo se acomoda el sistema
estructural y soporta de forma global las formas, los
espacios y las relaciones derivadas del programa o de la
integración en el lugar de un proyecto arquitectónico.
Con independencia del tamaño y la escala de un edificio,
este comprende sistemas físicos de estructura y
cerramiento que definen y organizan las formas y los
espacios. Estos elementos pueden clasificarse también en
subestructura.
