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¿Que es una estructura neumática?
¿Qué es una velaría?
¿Cual es la función de los puños en las velarías?
FACULTAD DE ARQUITECTURA
Configuraciones con elementos industrializadosIng. Curro Castillo Alejandro
E s t r u c t u r a s n e u m a t i c a sy v e l a r i a s
PRESENTAN:23/marzo/2010
• Las estructuras neumáticas son todas
aquellas estructuras cuya forma y estabilidad
están determinadas por la presión de algún
fluido. Son estructuras livianas y flexibles.
• Pueden resolver la cubierta de superficies muy
grandes sin apoyos intermedios, dada su gran
liviandad, siendo su característica más
relevante la posibilidad de armar, desarmar y
transportar la estructura con facilidad, pues
suman a la tecnología de cables y telas, la
necesidad de apoyos simples.
La primera patente en1917, por el ingenieroingles Frederic WilliamLanchester.
La idea de poder utilizarestructuras de membranasostenidas neumticamenteprevaleci en la mente deingenieros y arquitectos.El arquitecto Frei Otto,fue uno de los mayoresimpulsores de estructurasneumticas
• El desarrollo de este tipo de
estructuras dio paso al primer
Coloquio Internacional de
Estructuras Neumáticas celebrado en
Stuttgart, Alemania, en 1967. A
partir de entonces se realizaron una
serie de encuentros internacionales
donde se presentaron ideas
innovadoras aplicadas a la
arquitectura y la ingeniería civil
donde se presentaron alternativas
interesantes en cimbras, puentes,
represas, edificaciones, etc.
Enngenieracivillas"cimbrasneumticas" hansidoutilizadasprincipalmenteenlaconstruccindecpulasdeconcretoyqueson,entrminosgenerales,semiesferasinflablesabasedeunmaterialflexibleeimpermeable,quesirvencomomoldeparaelconcreto.
Estas estructuras livianas tienen un pesode 1 a 2 kg/m2 en relacin con la superficiede suelo cubierta.
El peso propio y rigidez de sus materiales son casidespreciables, a tal grado que son necesariasanclarlas para que el viento no las arrastre.
CONSTRUCCIÓNNEUMÁTICA
ESTRUCTURAS SOPORTADAS POR AIRE
ESTRUCTURAS A BASE DE ELEMENTOS PRESURIZADOS
ESTRUCTURAS CON NERVADURAS
ESTRUCTURAS DE PAREDES DOBLES
Consiste en una membrana soportada por una presión ligeramente superior a la atmosférica.
La estructura soportada por aire no induce esfuerzos de compresión a la cimentación, sino que la cimentación trabaja como un anclaje.
Estructura soportada por aire de 90 metros de longitud,ancho mximo de 38 metros y una altura no mayor de 15metros.
La estructura consisti de dos formas cupulares a basede dos membranas de niln revestidas de vinilo, entrelas cuales haba una cmara de aire de 1.2 metros.
Esta cmara fue dividida en ocho compartimientos conla finalidad de asegurar la estabilidad de laestructura, ya que ante un accidente en alguno de loscompartimientos no afectara la estabilidad delconjunto. Otra ventaja de dicha cmara es queproporcion un aislamiento trmico adecuado.
Con un equipo de trece personas la estructura eraerguida en un periodo de tres a cuatro das, adems deque solo se requera de 30 minutos para inflar laestructura.
• Son aquellas, que a diferencia de las
estructuras soportadas por aire, no
tienen un "ambiente" presurizado.
• Dentro de este tipo de construcción
están las estructuras con
nervaduras, que consisten
esencialmente de tubos presurizados
que forman una estructura que
sostienen a su vez una membrana a
tensión .
Estructurasabasedeelementospresurizados
Estructurasconnervadurasabajapresin
Estructurasconnervadurasaltapresin.
Estructurasdeparedesdobles.
Estructuradepareddoble
Pelculas plsticas producidas a partir de PVC, polietileno, polister,poliamida, polipropileno o cauchos sintticos como el polisobutileno ycloropreno.
Otra clasificacin son aquellos que son construidos base de tejidossintticos, como el poliamidico de nylon y los poliestricos de terilene ydacrn, que llevan una capa, en una o en ambas caras de vinilo, butilo,neopreno, hipaln o de cualquier otro elastmero plastificado.
Membranasdecauchotejidosconunacapaderevestimiento
Membranasdetejidometlico
Membranasdelaminasdemetal
Espumasplsticasrigidizantes
nlisisbsicodeunaestructuraneumtica
La esfera es la formams perfecta para unaestructura neumtica.
nte la existencia de una carga externa, las tensiones en la membrana sereducen.
La estructura perder la regularidad de su forma cilndrica, tomando en la partesuperior una curvatura ms plana.
Las deformaciones causadas por cargas externas se deben en parte a unadistribucin no uniforme de la carga.
• Los elementos esenciales, la estructura soportada por aire consta de cuatro elementos: membrana estructural, medios de soportar esa membrana, medios de anclarla en el suelo y medios de entrada y salida de la estructura constructiva.
ANCLAJES• Aun cuando existen diferentes
procedimientos de anclaje, la membrana se sujeta generalmente en una cimentación de concreto.
NCLJES
• Lastre de agua
• Lastre de tierra
SSTEMDENCLJEENELSUELO
• Anclajes atornillados
• Manguera en dobladillo
Anclajes catenarios
APLICACIONES: La cimbra neumática.
• Método Binishell :
el método Binishell, que emplea como cimbra de contacto una membrana de neopreno reforzada con nylon o de PVC, flexible e impermeable al aire anclada en una cimentación periférica.
• 1. Al construir la cimentación periférica de concreto reforzado, se incorpora en ella un tubo de PVC que formará un "anillo" que permitirá sujetar la membrana de neopreno.
1etirodeltubodePVCdelacimentacin,
2colocacindelamembranadeneopreno,
3ductoparasuministrarelaire.
1.
Colocación de materiales antes del "vaciado" del concreto: (1) Membrana de neopreno reforzada con nylon, (2) acero en "espiral", (3) introducción de "varilla" de refuerzo a través del acero en espiral, (4) cimentación.
Distribución uniforme de concreto y
colocación de la membrana exterior de PVC.
Erección del concreto y acero. (1) El equipo
de vibración permanece en la parte superior del domo, (2) salida gradual de aire a presión.
Vibrado del concreto. (1) Alimentación
eléctrica del sistema de vibrado, (2)
"bobina" que desenvuelve el cable que
sujeta a los vibradores eléctricos.
Cuando el concreto ha logrado su capacidadautosoportante, entre las 8 y 48 horasposteriores al "colado", la membrana externade PVC se retira y despus se disminuye lapresin interior, logrando con ello, el"descimbrado" de la estructura.
Enseguida se realiza el primer accesocortando el concreto con una sierra, pararetirar posteriormente, la membrana interior.
Estructura ligera compuesta por una
membrana textil pretensada vinculada a
una estructura de anclaje generalmente
por medio de cables, permitiendo
desarrollar soluciones creativas para
resolver espacios de cualidades no
convencionales.
Uno de los
principales
proyectos de la
historia que se
llevaron acabo
basado en
arquitectura
textil fueron
las cubierta del
Coliseo Romano.
La Velaría era fabricada en el mismo tipo de lona de
las velas de barco, y era extendida y recogida sobre
una estructura de red de cuerdas por medio de
poleas y plataformas de madera, estas maniobras
eran realizadas por los experimentados Marinos de
la Flota Imperial Romana.
Probablemente una carpa no sea tan durable como una
construcción de algún material rígido, se busca
materiales tanto económicas y portátiles, así que un par
de necesidades primarias fueron los detonadores para
el nacimiento de las carpas; la necesidad de movilidad y
materiales al alcance.
Las estructuras de
membranas tensadas
resisten eficientemente
las cargas a las cuales
están solicitadas, debido
a la resistencia formal,
sumado a la pretensión
aplicada.
La resistencia formal está
dada por la doble
curvatura negativa, donde
los centros de curvatura
de ambas direcciones
principales se originan en
caras opuestas de la
superficie.
La pretensión interna aplicada
mantiene al sistema en
equilibrio estático de manera
tal que cuando se aplica una
carga externa (P), una de las
direcciones principales
resistirá la carga, mientras
que la dirección opuesta
ayudará al sistema a mantener
la estabilidad; de esta manera
la tela actúa biaxialmente.
Membranas y cables materializan los principales
componentes del sistema.
-Las primeras constan de una base textil, la cual le da la
resistencia a los esfuerzos estructurales y la flexibilidad
necesaria para adaptarse a la forma, con la doble
curvatura que garantiza la resistencia a las cargas
gravitacionales.
Los cables refuerzan la membrana en sus bordes y
materializan el nexo entre la membrana y los herrajes de
fijación y anclaje a las bases.
MEMBRANA: Es una tenso-
estructura, es decir que solo
funciona a tensión y no es
distribuida uniformemente a
través de las secciones.
Las membranas
constituyen un material
compuesto, porque esta
fabricado con:
1- Tejido
2- Coating o cobertura
3- Top coat o acabado
superficial
La base está formada
por hilados que
soportan los esfuerzos
estructurales, y los
revestimientos son
elementos que protegen
al tejido de los
agentes externos
Bordes:
› Bordes Flexibles:
› Consisten generalmente en un cable
que corre a través de un
“dobladillo” en el borde de la tela.
En el caso de membranas más
grandes el borde es reforzado con
chapones de borde que absorben los
esfuerzos tangenciales.
Otra posibilidad es el uso de un
cable externo conectado a los
bordes y tomado a la membrana por
una serie de planchuelas de acero.
VELARIAS
Bordes Rígidos:
En estos casos la membrana está prensada entre dos
planchuelas que le dan una fijación continua. La
utilización de este tipo de bordes dependerá de los
condicionantes funcionales y/o de las características
de los bordes del sitio en el cual se inserta la
membrana.
VELARIAS
Puños:
Resuelven el punto de unión entre dos bordes. Los
problemas concernientes a la fijación de un paño de la
membrana en estos puños dependen principalmente de
tres factores:
- de la geometría del puño.
- si el borde es flexible ó rígido.
- de la magnitud de las fuerzas tangenciales.
VELARIAS
Los cables son de acero
galvanizado; y la
estructura es en base a
materiales tradicionales
como hierro, hormigón y
madera.
VELARIAS
PROCESO DE MATERIALIZACIÓN
› DISEÑO:
Diseño Tridimensional
Ajuste geométrico para lograr resistencia
Maquetas
› DIMENSIONADO:
Después de llegar a una configuración estable, la
estructura es analizada bajo diferentes estados de
carga para determinar las distintas deformaciones.
Análisis de cargas
VELARIAS
› FABRICACIÓN
– MONTAJE
VELARIAS
Simplicidad en sus elementos
Fácil ensamblaje
Mínimo desperdicio
Eficiencia energética
ligereza y capacidad para cubrir grandes luces
Formas atractivas
Vistas sin obstáculos, e interiores iluminados
CARACTERÍSTICAS RELEVANTES
› CUALIDADES FORMALES
› Distinción formal: la Arquitectura
Textil permite desarrollar
soluciones creativas para
resolver espacios de cualidades
no convencionales. La identidad
formal que ofrece debe también
estar considerada al comprender
la Imagen distintiva que esta
tecnología aporta.
VELARIAS
CUALIDADES VINCULADAS AL
DESARROLLO SUSTENTABLE:
› Ligereza: cuando el objetivo de
diseño está esencialmente
focalizado en la protección
contra la lluvia y la incidencia
directa de los rayos solares,
las soluciones se traducen en
sistemas esencialmente livianos,
flexibles en su geometría para
adaptarse a las orientaciones
más convenientes.
VELARIAS
› Síntesis de elementos: Este
sistema conforma un edificio con
una mínima relación entre masa
construida y volumen espacial. Es
decir: en un mínimo espesor se
concentran estructura y
cerramiento, los dos
componentes esenciales del
sistema que define el espacio. Las
membranas tensadas son
estructuras de tracción pura.
VELARIAS
› Sistemas dinámicos: cuando las condiciones externas
son cambiantes la utilización de sistemas móviles
permite la adaptación a las distintas condiciones
ambientales. Mediante dispositivos mecánicos puede
lograrse una alta flexibilidad funcional.
› Luminosidad: la translucencia es una cualidad
característica de los sistemas de membranas, y
proporciona grandes ventajas estéticas y económicas:
El aprovechamiento de la luz natural para la
ambientación interior permite reemplazar la iluminación
artificial durante el día, economizando recursos
energéticos.
La envolvente se utiliza como FILTRO, y NO COMO
BARRERA pudiendo regular su "permeabilidad" a los
agentes externos.
Luz
Buena iluminación natural
De noche la velaría puede
funcionar como un
difusor de luz
Ahorros de luz
artificial
la mayoría
de las velarías
son traslucida
s
› Sección espacial: la tipología formal genera
naturalmente una sección espacial que permite el
movimiento o convección de las masas de aire.
El adecuado diseño y disposición de aberturas tiene
como objetivo lograr la ventilación que implica la
consecuente circulación y renovación del aire.
› Captación de energía: algunas membranas permiten el
paso de la radiación solar que atraviesa su superficie,
penetrando al interior, donde el calor es absorbido y
almacenado por los elementos del interior,
contribuyendo al calefaccionamiento del ambiente.
Generalmente la transmisión de luz varía entre un 5% y
un 20% de acuerdo al tipo de material; pero además
existen materiales como es el caso del PTFE o los Mesh
que son totalmente transparentes.
› Disposición: para aprovechar las ventajas que
ofrece cada uno de los materiales disponibles, el
cerramiento puede consistir en una combinación de
distintas capas, cada una de las cuales cumple un
rol específico, pero a la vez se diseña y prevé su
interacción. En otras palabras , las condiciones de
confort interior se logran gracias a una estratégica
disposición de los materiales.
Mantenimiento
Va directamente relacionado con el material que se
selecciona
•A los pocos meses de instalada va a estar con una imagen similar a si llevara 10 años colocadaLona comercial
•No contienen plastificantes
•Se auto-lavan con una simple brisa
•El precio es sumamente elevado
•El único mantenimiento es la inspección de la velarías para certificar que no desarrolle problemas estructurales
Membranas estructurales de fibra de vidrio
•La limpieza será directamente relacionada con la ubicación de la velaría
•Existen materiales antiestáticos al polvo (Lacas)
Materiales estructurales de
PVC
Acústica
Va directamente relacionado con el material que se selecciona
Acústica
Ambiente Acústico
Aislamiento Acústico
Las velaría se forman de
superficies cóncavas y convexas,
el problema de la reverberación
puede ser posible, por lo que se
debe considerar este asunto en
la etapa de diseño; la solución
es simple, el uso de materiales
integrados como camas y bafles
de absorción, en el piso o en las
paredes de la velaría, así mismo
se puede crear un diseño para
ajustar que el punto focal de
reverberación este lejos de las
personas.
Acústica
El material es de muy baja masa
por lo que los sonidos
exteriores pueden afectar, pero
cuentan también con un
porcentaje de absorción y
reflexión a estos sonidos, sin
embargo la parte mas importante
de esto, seria definir el uso del
auditorio, anfiteatro, jardín, etc.
y mejorar el diseño para la
situación acústica en caso de ser
necesario.
• Con duración desde 5 a 20 años.Las fibras de
poliéster con PVC
• Fibra de Vidrio con Teflón.
• Con duración de más de 30 años.
PTFE (Politetrafluoroetileno)
• Útil para velarías muy pequeñas y para poco tiempo de uso.
Lona Plastificada por Laminado
Para las membranas los materiales más usados son
Se usa como la estructura
completa de un edificio,
como techo o a manera de
toldo para proteger del
sol y dar un realce
arquitectónico a la obra.
Como cubiertas
Un ejemplo más básico en
tiendas de campaña, y
carpas de circos.
COLOCACION: Después de recibir la
información (planos, dimensiones y/o
fotografías), se inicia el proceso de FORM
FINDING o encontrar la forma deseada.
Una vez definida la
forma, se dimensiona y
se dan soluciones reales
a problemas particulares
(ANTEPROYECTO) esta
etapa ya requiere de un
estudio más profundo de
las condiciones
particulares
Proyecto “EJECUTIVO”
donde se analizan
todos y cada uno de
los elementos de la
velarias
Cálculo de Cargas
Análisis Vectorial de los elementos, es decir uno no escoge donde poner los anclajes, sino en base a la forma deseada, la velaria nos dice donde deben ir los elementos
Análisis de sistema de cables perimetrales y módulos de contravientos
Sistema de elementos rígidos (pies derechos, mástiles, portantes, etc.)
Análisis de detalles y cimentación
Análisis de plantillas o patrones de corte, la etapa mas complicada y que requiere mayor detalle en la producción
Estas velarías fueron
diseñadas para un
estacionamiento en
una escuela en la
ciudad de colima y se
aprovecho la isla de
concreto existente
para colocar ahí la
estructura de acero
que sostiene las
velarías y así cubrir los
cajones de autos.
Silla
Arco
Onda
Superficie de revolución de conoides
EDIFICIO FICUS, PUEBLA
C. U., PUEBLA
CENTRO INTERNACIONAL DE ACAPULCO.
HOTEL CALINDA, ACAPULCO
PACHUCA, DEPORTIVO.
PALACIO NACIONAL DE MINERIA
BANCO SANTANDER
Terminal Haj del Aeropuerto Internacional
de Jeddah
Jeddah, Arabia Saudita, 1981.
King Fahd Estadio Riyadh, Arabia Saudita,
1985
KING FADTH STADIUM- RIAD,
