A lo largo de este blog hemos realizado distintas maquetas de estructuras ligeras. Ninguna de ellas tenían la función de soportar grandes pesos. Hoy, en cambio, os presento la maqueta de estructura ligera triangulada capaz de soportar peso (nieve, pisos superiores, etc.), a pesar de que sus dos únicos componentes estructurales son ultra livianos (papel y pegamento):
Según este ejemplo. Vamos a construir nuestra propia estructura triangulada capaz de soportar peso:
Hoy hemos realizado el siguiente concurso propuesto por la ESD:
DESAFÍO TORRE:
La prueba servirá para consolidar los conocimientos de estructuras trianguladas y los principios que rigen su funcionamiento estructural.
Material:
Cada equipo dispondrá del material siguiente:
20 barras de Spaghetti-tamaño standard.
Pegamento, puede ser termofusible.
Cinta adhesiva (valido cualquier tipo).
Cordel (sin límite).
1 huevo duro.(50 gramos).
Objetivo:
Con el material asignado, y en una jornada de clase, cada equipo deberá montar la estructura más alta posible que consiga sostener el huevo duro en la punta sin deformarse de manera evidente o caer.
Está prohibido:
Anclar o pegar la base de la torre al suelo (mesa).
Todas las estructuras se medirán y el equipo con la estructura más alta tendrá 0,25 ptos extras en la evaluación.
NUESTRA TORRE HA MEDIDO DESDE LA MESA HASTA LA PARTE MÁS ALTA DEL HUEVO: 70cm
ΣFy = 0 = Rp -50*cos70º - Tc*cos35 = 0 -> Rp = +50*cos70º + 87,4136*cos35 = 88,7058 kN
a) Dirección de la Tensión del cable Tc y la Reacción del pilar Rp:
Aunque la dirección Compresión/tracción (o tensión) que siempre hemos visto es:
En el diagrama del nudo, realmente lo que se reflejan son las reacciones que se producen en el nudo debidas a las fuerzas del cable y del pilar, por tanto, ¡los esfuerzos en los nudos son los contrarios por el principio de acción y reacción! Es decir el criterio es el siguiente:
Revisando el dibujo de nuevo, vemos que se indica la dirección de los esfuerzos en el cable (tracción) y en el pilar (compresión) ¡y que es contrario a las reacciones que se producen en el nudo!
Las tensoestructuras son estructuras simples que se basan en pilares interiores y cables para soportar una carpa tensada y darle forma.
Las lonas tensadas se encuentran ancladas tanto a los pilares como al suelo. Si bien no tiene las características de rigidez de otras estructuras ligeras vistas en este blog. Son utilizadas para eventos donde la estética resulta clave como bautizos, bodas, comuniones; así mismo cuando es requerido el fácil transporte, montaje/desmontaje y ligereza de la estructura como en circos, por último, para cubrir grandes espacios como o estadios deportivos naves agropecuarias
Los esfuerzos horizontales generados por la lona en los pilares deben ser contrarrestados por cables. Este equilibrio de fuerzas puede apreciarse en el siguiente esquema:
Históricamente inspiradas por las tiendas de campaña –uno de los primeros refugios concebidos por el hombre–, las estructuras tensadas ofrecen una serie de beneficios si se comparan con otros modelos estructurales. Tensoestructura es el término usualmente empleado para denominar a las estructuras que mezclan membranas y cables de acero para construir grandes cubiertas, cuyas principales características son la resistencia a la tracción, la prefabricación, y la maleabilidad formal. Este tipo de estructura requiere de muy poco material, gracias al uso de lonas delgadas que, al estirarse, crean superficies capaces de superar las fuerzas impuestas sobre ellas.
Predominantemente utilizadas para las tensoestructuras se inspiran en sistemas antiguos, utilizados durante el Imperio Romano. Sin embargo, desde la época romana hasta mediados del siglo XX, debido a la baja demanda y a la falta de fabricantes de cables, lonas y conexiones capaces de resistir las fuerzas generadas, existieron pocos avances tecnológicos. Fue solo con la fabricación industrial en serie que los nuevos desarrollos pudieron satisfacer las necesidades intrínsecas de este sistema de construcción. El bajo costo de la producción en masa y la demanda de sistemas capaces de adaptarse a los terrenos más variados a través de grandes vanos –como las carpas de circo–, fomentaron el desarrollo de las tensoestructuras.
La inestabilidad y las deficiencias estructurales de algunos modelos anteriores, debido a la aplicación de cables entrelazados y cubiertas muy ligeras, se resolvió a mediados del siglo pasado, gracias a la aplicación de cables de acero y membranas de fibra impermeable, con un alto grado de resistencia. Estas no sólo entregan una mayor protección frente a los rayos ultravioleta, los hongos y el fuego, sino que además permiten una mayor o menor translucidez y reflectividad.
Tal progreso solo fue posible gracias a los estudios físico-estructurales iniciados por el arquitecto e ingeniero alemán Frei Otto, quien desde la década de 1950 realizó los primeros estudios científicos y diseñó las primera cubiertas con cables de acero tensados, combinados con membranas.
Como estudiante, Otto visitó la oficina de Fred Severud, conociendo el Raleigh Arena en Carolina del Norte y quedando impresionado por la audaz estética y la comodidad del proyecto. De vuelta en Alemania, comenzó a explorar modelos físicos a pequeña escala, generando empíricamente varias superficies, mediante cadenas, cables tirados y membranas elásticas.
Convencido de la utilidad de los techos tensados, desarrolló el primer proyecto a gran escala utilizando el sistema que más tarde permitiría cubrir estadios olímpicos, clubes, zoológicos y pabellones. En 1957, fundó el Centro para el Desarrollo de la Construcción Ligera en Berlín. Siete años más tarde, en 1964, creó el Instituto de las Estructuras Ligeras (The Institut fur Leichte Flachentragwerke) en la Universidad de Stuttgart, Alemania.
Frei Otto , autor de proyectos notables, como el Pabellón Alemán para la Expo de 1967 en Montreal y el Estadio Olímpico de Munich en 1972, es famoso por su intenso trabajo de investigación, por el que fue honrado con la Medalla de Oro del RIBA en 2006 y el Premio Pritzker en 2015. Otto es también autor del primer libro completo sobre estructuras de tracción, "Das Hangende Dach" (1958), intensificando la idea de reinventar la racionalidad material, la prefabricación, la flexibilidad y la luminosidad en el espacio interior, e incluso la sostenibilidad, cuando el término no era aún utilizado en la arquitectura.
Estructuralmente, el sistema se formaliza mediante la combinación de tres elementos: membranas, estructuras rígidas como postes y mástiles, y cables.
Las membranas de fibras de poliéster, recubiertas con PVC, tienen una mayor facilidad en la producción e instalación en fábrica, un costo más bajo, y una durabilidad aproximada de 10 años
Las membranas de fibra de vidrio, recubiertas con PTFE, tienen una durabilidad superior, de alrededor de 30 años, y una mayor resistencia al sol, la lluvia y los vientos. Sin embargo, requieren de mano de obra calificada para su instalación.
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