Sistemas de membranas

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Sistemas de membranas

  1. 1. UNIVERSIDAD JORGE TADEO LOZANO ARQUITECTURA ESTRUCTURA ADOLFO RUIZ LUIS PADILLA HERNANDEZ LUIGI YEPES LEZAMA SISTEMAS DE ESTRUCTURAS SUPERFICIE ACTIVA – SISTEMA DE MEMBRANAS CARTAGENA / BOLIVAR 2013
  2. 2. ESTRUCTURA Es el conjunto de elementos resistentes, convenientemente vinculados entre sí, que accionan y reaccionan bajo los efectos de las cargas .Su finalidad es resistir y transmitir las cargas del edificio a los apoyos manteniendo el espacio arquitectónico, sin sufrir deformaciones incompatibles. El Señor HEINO ENGELescribió un libro dondeclasifica las estructuras en cinco familias que son: ESTRUTURAS DE FORMA ACTIVA. ESTRUTURAS DE VECTOR ACTIVA. ESTRUTURAS DE SECCIÓN ACTIVA. ESTRUTURAS DE SUPERFICIE ACTIVA. ESTRUTURAS DE ALTURA ACTIVA. ESTRUTURAS DE SUPERFICIE ACTIVA Estructuras que basan su capacidad en la dispersión de los esfuerzos que generan. Su estrategia resulta de la capacidad que poseen sus elementos constitutivos para generar esfuerzos de membrana (tracción, compresión y torsión) en virtud de la extensión o forma de su superficie. Hacen parte de esta familia: Sistemas de láminas, sistemas de láminas plegadas y SISTEMAS DE MEMBRANAS. SISTEMAS DE MEMBRANAS Las membranas arquitectónicas son estructuras elaboradas con postes, cables y textiles tensionados que permiten diseños de gran variedad y belleza y pueden utilizarse como cubiertas y cerramientos en estadios, coliseos, parques, centros comerciales, aeropuertos, plazoletas de comidas, terminales de transporte, instalaciones deportivas y centros recreativos. Características
  3. 3. Las membranas arquitectónicas son completamente diferentes a cualquier otra solución de cubiertas, tanto técnica como funcionalmente. A partir de cuatro formas básicas -plana, cóncava, convexa y la parábola hiperbólica- se obtienen gran cantidad de configuraciones geométricas, a las cuales se agregan características físicas poco comunes para lograr estructuras únicas. Las membranas arquitectónicas tienen muchas cualidades técnicas y estéticas: Permiten ilimitadas posibilidades de diseño. Se pueden instalar en todos los climas Producen ahorros en cimentación y estructura porque son muy livianas. Son de larga duración y fácil mantenimiento. No se manchan fácilmente. La iluminación interna genera reflejos nocturnos muy especiales. Son translúcidas. Evitan que pase el calor y mantienen ambientes confortables en clima cálido. Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización. Materiales de cubierta Tejido en fibra de vidrio recubierto con Teflón o con silicona: Este material de color blanco- crema es importado, tiene una vida útil superior a 30 años, resiste muy bien el medio ambiente, es traslúcido y tienen excelente resistencia al ataque de los rayos ultravioleta. Tejido en poliéster recubierto con PVC: Es importado y viene en una gran variedad de colores, tiene una vida útil de más de 20 años, permite el paso de la luz y tiene una capa antiadherente para protegerlo de la polución Tejido en poliéster recubierto con PVC - Nacional: Se utiliza principalmente para carpas publicitarias. Su comportamiento ante el medio ambiente es bueno y su vida útil es de 3 a 5 años. Se produce en varios colores. El diseño Una vez que el arquitecto tiene una idea clara de la solución que desea en cuanto a estética, funcionalidad, forma aproximada y sitios de anclaje o apoyo, el ingeniero debe buscar soluciones que satisfagan estas necesidades y, además, cumplan con los niveles de esfuerzos permisibles y la estabilidad general de la estructura, a un costo razonable. Como resultado del diseño se obtienen, entre otros, la forma final requerida para el textil y la cantidad, resistencia y longitud de los postes y los cables requeridos en la estructura. Las membranas arquitectónicas se diseñan para resistir los mismos criterios básicos de carga que las estructuras tradicionales. Las cargas vivas mínimas y las cargas de viento se obtienen de los requerimientos de los códigos locales. El proceso de crear una estructura de tensión comienza con los principios físicos básicos que gobiernan su forma. Para producir una estructura estable, la superficie de la membrana debe tener doble curvatura, es decir, el radio de curvatura en dos direcciones principales se debe originar en lados opuestos de la superficie. Esta es definida como curvatura anti clástica. La forma básica se define matemáticamente como un paraboloide hiperbólico. Esta forma básica se combina con cables y otros elementos para crear un número infinito de posibilidades.
  4. 4. La forma básica presenta entonces dos direcciones principales de curvatura, una cóncava y la otra convexa, y el textil generalmente se orienta de tal forma que sus fibras sean paralelas a estas dos direcciones. El pre esfuerzo interno correspondiente a estas direcciones genera fuerzas opuestas que mantienen el sistema en equilibrio estático. Cuando se aplica carga externa a la estructura, ésta se deflecta cambiando ligeramente su radio de curvatura y entonces el esfuerzo en una dirección principal resiste la carga mientras que en la dirección perpendicular ayuda al sistema a mantener la estabilidad. De esta forma, el textil actúa biaxialmente para resistir cargas aplicadas. Debido a que los esfuerzos se deben resistir en ambas direcciones, las propiedades biaxiales del textil (módulo elástico y radio de Poisson) son críticas para el análisis. El proceso de diseño difiere del empleado para estructuras convencionales. El análisis estructural debe estar completamente integrado con el diseño arquitectónico. La geometría de la membrana se establece a través de una técnica especial para asegurar el equilibrio estático del sistema. El análisis de esfuerzos debe incorporar técnicas de "grandes deformaciones" para generar resultados precisos. Para definir la geometría de la membrana -lo cual no puede hacerse con precisión antes del análisis- se establece inicialmente la "forma de equilibrio natural", un sistema compuesto solamente de fuerzas de tensión, y después se analiza la estructura bajo varios casos de carga, utilizando software especializado en un modelo tridimensional que permite incluir cables, postes y vigas. Al terminar el análisis se hace un resumen de las fuerzas de reacción y se entrega al ingeniero de diseño del cliente para que complete su análisis de la estructura de apoyo. El esfuerzo permisible de la membrana se determina aplicando a la resistencia original a tensión un factor de seguridad por lo menos de 4, y factores de reducción de capacidad debido a condiciones climáticas, a carga biaxial y al manejo del material. Uniones El diseño de las uniones es una labor muy importante y crítica, ya que se debe asegurar que los esfuerzos de trabajo de la membrana se transfieran suave y uniformemente a los cables y la estructura de soporte. Las fuerzas de diseño de cables y acero son a menudo altas, así que las uniones deben asegurar que la carga fluya adecuadamente a la estructura. Las uniones deben ser redondeadas en las áreas de contacto con el textil. Igualmente se debe tener en cuenta la elongación que sufre el textil luego de estar sometido por un periodo de tiempo a carga constante, para evitar uniones con cargas desbalanceadas y desplazamientos peligrosos. Las uniones deben estar protegidas contra la corrosión, y por ello se recomienda usar acero inoxidable, aluminio, acero galvanizado o protección con pintura. Los diferentes tipos de uniones son: Textil con textil, textil con cable, cable con cable, cable con mástil y mástil con cimentación. Fabricación y montaje Una vez terminado el diseño, se inicia la fabricación de la estructura en tres frentes: la fabricación de los postes de acero, la compra de los cables (según medidas de diseño) y el alistamiento del textil, el cual se hace en dos etapas: corte y sellado.
  5. 5. Un buen proceso de fabricación y montaje debe reproducir en el proyecto construido las mismas condiciones de geometría y niveles de tensión establecidos por el diseñador. Todo el proceso de fabricación debe estar estrictamente controlado en cuanto a dimensiones, y el fabricante debe entender muy bien las propiedades de esfuerzo y deformación del textil a utilizar. Durante la fabricación el textil se manipula en el piso y por ello se debe tener especial cuidado para que no se dañe. Se recomienda, pues, que la fabricación se realice en un área específicamente dedicada a este propósito, en la cual la superficie y el equipo de corte o sellado se mantengan absolutamente limpios y libres de objetos innecesarios. Se debe tener mucho cuidado cada vez que sea necesario transportar, doblar y desdoblar el textil, planeando de antemano lo que sucederá durante el montaje. Después de que todo el sistema ha sido fabricado, se procede a la instalación, que también requiere mucho cuidado y planeación en temas como estos: ¿Se debe instalar la membrana por módulos? ¿Qué tan grande debe ser cada uno? ¿En qué dirección es más fácil realizar la instalación? Antes de comenzar, el instalador debe revisar la localización exacta de los puntos de contacto entre la estructura de la membrana y la construcción convencional, y durante el montaje debe monitorear permanentemente la geometría de la estructura. La instalación se realiza en tres etapas. 1. Preparación En esta etapa se desempaca la membrana y se coloca suelta sobre los demás elementos estructurales, asegurándola con manilas para minimizar los riesgos que puedan tener los trabajadores. 2. Amarre La membrana se ancla a su sistema permanente de amarre (cables, postes, cimentación, platinas, etc.) En caso de que no encaje adecuadamente, el problema se debe corregir antes del tensionamiento, pues cualquier error en este sentido tiene consecuencias graves no solamente estéticas sino también estructurales. 3. Tensionamiento En esta etapa la membrana adquiere su forma definitiva. El tensionamiento debe realizarse gradual y uniformemente en toda la estructura, eliminando cualquier arruga y garantizando que se obtienen las tensiones deseadas en la membrana. Mantenimiento Para lograr la máxima duración posible es indispensable dar un mantenimiento apropiado a la estructura, limpiándola periódicamente e inspeccionando en detalle las tensiones en el sistema de
  6. 6. cables para verificar que no haya pérdidas de tensionamiento que afecten el buen comportamiento de la estructura. Tanto las inspecciones como eventuales retensionamientos deben ser hechos por personas calificadas y en ciclos de incrementos pequeños para no desbalancear el sistema. Costos El costo de las membranas arquitectónicas varía ampliamente pues depende de variables tales como el diseño, la forma, el tipo de textil utilizado y otras. Cuando las estructuras son simétricas alrededor de uno o más ejes, por ejemplo, los costos de análisis, patronaje y fabricación se pueden reducir significativamente. Por otro lado, el incremento en las luces no produce necesariamente un aumento en los costos, a diferencia de lo que sucede con las estructuras convencionales. PROYECTOS
  7. 7. Domo de Georgia
  8. 8. Blue Moon en Groningen tejido de poliéster recubierto de PVC impresa en 3 colores Descripción Esta estructura consiste en una membrana compuesta con tela estampada. Observatorio Andes Chile Observatorio Andes Chile, recubierto de PVC Tejido de poliéster DescripciónEste techo se puede abrir completamente al reducir los arcos. En el cierre, los arcos atraídos uno hacia el otro y la piel de doble pared es presurizado con el fin de ser capaz de soportar la carga del viento.

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