UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA - FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMODNC GE8 Cátedra: ESTRUCTURAS – NIVEL 4 Taller: VERTICAL III – DELALOYE - NICO - CLIVIO Guía de Estudio 8: Estructuras Neumáticas Curso 2008 Elaboró: Arq. Hugo Larotonda Revisión: Ing.Delaloye Fecha: Septiembre2008 ESTRUCTURAS NEUMATICAS INTRODUCCION Cascaras rígidas Como hemos visto hasta acá, las cascaras estudiadas son del tipo rígidas es decir aquellas que están construidas con materiales que resisten grandes esfuerzos de compresión, tracción y esfuerzos tangenciales. Por lo tanto estas cascaras se materializan preferentemente con hormigón armado. Sus formas geométricas son laminas sinclásticas o anticlásticas según lo ya visto. Las cascaras blandas se materializan con telas flexibles de espesores muy chicos que solo resisten esfuerzos de tracción y tangenciales. . Conforman estructuras superficiales con membranas neumáticas ya sea soportadas por aire o infladas por aire con formas de curvaturas del tipo sinclásticas de pequeñas y medianas luces. Dentro de este conjunto de estructuras desarrollaremos las : Estructuras neumáticas Este tipo de estructuras se comenzaron a utilizar a partir de la década de 1950 Nacieron como protección de equipos electrónicos durante el periodo de la guerra fría.La relación entre la luz a cubrir y el espesor de la membrana (del orden de 1/70000)ha permitido desmaterializar las estructuras de grandes luces. lo que dio lugar al nombre de cascaras blandas. Es una estructura tensil en la cual el material es utilizado con gran eficiencia estructural. Estas diferencias de presiones generan en la membrana fuerzas de tensión . Consisten en una delgada pared de material compuesto que es soportada por diferencia de presión. y dos caras externas de protección conformada por teflón. es decir que trabajan por tracción. Es decir que la estabilidad completa se logra cuando todas las partes de la membrana están bajo tracción. P externa succión presión T R P interna L P interna >= P externa Membranas Este material esta compuesto de un tejido interno o capa intermedia que le da la resistencia a la tracción compuesto por una malla de fibra de vidrio. . estas fuerzas se manifiestan en forma de pliegues . En segundo lugar estos esfuerzos de tracción deben ser resistidos internamente por la membrana.PRINCIPIOS BASICOS DE FUNCIONAMIENTO DE ESTE TIPO DE ESTRUCTURAS Dijimos que este tipo de estructuras trabajan por diferencia de presión y que son estructuras tensiles. por lo tanto deben ser menores que los máximos admisibles por el material. y así impedir las fuerzas de compresión en ella. Para lograr que esta estructuras funciones debemos tener por un lado una presión interna suficiente para que logre inflar la membrana. En la parte superior tiene un tratamiento anti polvo que la hace autolimpiante con la lluvia. . columnas. de las características del material y la forma estructural. La tela que componen las cubiertas está unida a estos elementos de forma tal que al inflarse producen el tensado de la misma. de la presión del mismo. a) Estructuras de nervaduras b) Estructuras de doble pared a) Estructuras de nervaduras Son elementos convencionales tales como vigas. arcos. A mayor volumen de aire mayor luz cubierta.A partir de estos principios existen tres tipos de estructuras estabilizadas por aire P interior infladas por aire sustentadas por aire hibridas 1.‐ Estructuras infladas por aire o de alta presión. tabiques. El comportamiento de estos elementos depende del volumen de aire encerrado. A mayor modulo de elasticidad del material mayor rigidez de la estructura. constituidos por membranas en recintos cerrados que infladas con aire alcanzan una rigidez suficiente para su funcionamiento. siendo la presión de tesado interior a la estructura la que se encuentra a mayor presión. Las presiones internas son del orden de 20000 kg/m2 a 70000 kg/m2 (2 a 7 kg/m2).b) Estructuras de doble pared Compuestas por cascaras de doble membranas separadas por un espacio intermedio lleno de aire a presión. nos permiten cubrir espacios de grandes luces. Dicho espacio no esta sometido a presión superior a la atmosférica. . Las formas geométricas de este tipo de estructuras son esféricas o cilíndricas constan de aberturas para el control del volumen interno de aire y equipos sopladores para mantener una presión constante. que al estar vacía es aplastable y se puede doblar pero al llenarse a presión. . conformada por tubos de 1. se comporta como una pieza rígida tesando la membrana.‐ Estructuras sustentadas por aire o de baja presion Compuestas con una sola membrana rigidizada por el volumen de aire interno que conforma el espacio arquitectónico sometido a una sobrepresion (Pi) de muy bajo valor. presión del orden de 2g/cm2 a 4g/cm2 ( 20kg/m2 a 40kg/m2). 2. Esta situación hacen que el sistema sea inconveniente desde el punto de vista energético/ sustentable.Su funcionamiento se asemeja a una manguera de incendio.5 de diámetro a modo de envolvente . Pabellón FUJI en la Expo Osaka de 1970 Estructura neumática creada a partir de una planta circular de 50 m de diámetro. Permiten cubrir luces muy grandes . Este tipo de estructuras se las denominas de perfil alto es decir la geometría que las genera es marcadamente esférica o cilíndricas (sucesión de superficies esféricas a lo largo de una recta) Este tipo de estructuras se utilizan para almacenamiento o proteger elementos específicos. PLANTA Y CORTE DE UNA CUBIERTA NEUMATICA DE BAJA PRESION Ejemplos de cubiertas Sustentadas por aire . . 325 espectadores 105 x 68 m Pontiac Stadium Building Authority • • • • • • ESTRUCTURA DE BAJO PERFIL PLANTA OVAL 159 X 220 m CABLES AUXILIARES 9 + 9 x 3” VIGA DE BORDE PERIMETRAL VENTAJA DE SEGURIDAD REDUCEN RADIOS DE CURVATURA . Las posibles variaciones en este tipo estructural están en vías de desarrollo .ESTRUCTURAS HIBRIDAS Dado las limitaciones para cubrir grandes luces con estos sistemas analizados se ha abierto camino otra forma estructural que consiste en combinar distintos sistemas estructurales con elementos ya sea sustentados por aire o infladas. habiendo en la actualidad dos obras excepcionales como son el Water Cube de Beijing y el estadio Aliance Arena de Alemania entre otras. SILVER DOME – PONTIAC – DETROIT‐ USA Inauguración Superficie Capacidad Dimensiones Propietario 23 de agosto de 1975 Pasto 80. Dos son los métodos empleados para contrarrestar esas fuerzas ascensionales: El lastre y el Anclaje positivo en el suelo. deben elegirse en cada caso los métodos de lastre apropiados. MECANISMO DE LASTRE El anclaje a base de lastre se usa principalmente en estructuras del tipo nómade es decir que se van montando en distintos lugares. Como las condiciones del lugar pueden variar considerablemente. Lastre de agua . en cuyo caso el anclaje deberá efectuarse en determinados puntos).WATER CUBE – JUEGOS OLIMPICOS DE BEIJING 2008 ALLIANZ ARENA ‐ ALEMANIA ANCLAJES La fuerza que ejerce el aire contra la gravedad hace que las membranas que componen la estructura tiendan a elevarse. para contrarrestar este efecto es necesario vincular la estructura al suelo a través de anclajes. las fuerzas de anclaje deben ser distribuidas uniformemente en todo el perímetro del edificio con el fin de evitar las concentraciones de tensiones en la membrana (a menos que esta este reforzada por cables o redes. Cualquiera que sea el método empleado para el anclar la estructura. lo que puede lograrse de varias maneras. • Anclajes atornillados En estos se remata la membrana con un dobladillo. Esas secciones de acero o de madera forman una faja continua alrededor del perímetro y se fijan al durmiente de madera que generalmente está empotrado en hormigón. se toman después tiras de acero. • Anclajes catenarios Consiste en colocar un cable o una cuerda en catenaria en el interior de una vaina de tejido. hierros en ángulo. Otra variante de este método consiste en excavar alrededor de la estructura una zanja en la cual se coloca la falda o ala que corre en el perímetro de la misma estructura. que se cose en la base del material de la membrana. cosido en el extremo inferior de la membrana. a un durmiente de madera. También es aconsejable como lastre un material mas denso. se ata o une firmemente a la estructura. arena o gravilla. con el subsiguiente relleno de la zanja. el agua puede parecer ideal como lastre. Esto determina la fragilidad que este tipo de lastre presenta. Sistema de anclaje en el suelo En este tipo de sistemas la membrana está positivamente atada al suelo en frecuentes intervalos. Este sistema es muy flexible y resulta útil cuando una estructura deba usarse en dos o mas lugares con anclajes dispuesto permanentemente. Lastre de tierra Este método consiste en llenar el tubo del lastre con alguna materia sólida como tierra. Los anclajes del suelo pueden ser clasificados en dos grupos generales: los anclajes de superficie y los subterráneos. por encima mismo del dobladillo y a través del tejido.A primera vista. Las fuerzas de anclaje deben distribuirse uniformemente en la membrana y a lo largo del perímetro de la estructura. Una vez lleno el tubo. El tubo se une al perímetro y se corta a lo largo de su cara exterior para facilitar las operaciones de vaciado y llenado. por el que pasa una cuerda. En este dobladillo hay insertadas secciones de mangueras que están fijadas a los anclajes en las aberturas indicadas. o cuando en una localidad debe constituirse estacionalmente una misma estructura . pero como esta es vulnerable a las acciones vandálicas y a los deterioros accidentales solo vasta un agujero para que peligre toda la estructura. con aberturas semicirculares dispuestas a intervalos de aproximadamente 1 metro. • Manguera en dobladillo Consiste en un dobladillo abierto. en frecuentes intervalos. como prefabricados de hormigón o piedras. puesto que su precio es insignificante y se encuentra fácilmente. mangueras o incluso listones de madera y se atornilla. Esta catenaria se fija directamente a los anclajes.