15/3/2011

ESTRUCTURAS LIVIANAS PARA CUBIERTAS DE GRANDES LUCES

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SALTA
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO
MATERIA: ESTRUCTURAS IV
PROF.: Ing. GERMAN C. BERNAD

ESTRUCTURAS LIVIANAS PARA CUBIERTAS DE GRANDES LUCES

INTRODUCCION
Las estructuras livianas son ampliamente utilizadas en la actualidad para actividades deportivas, sociales, industriales y ecológicas entre otras.-
La experiencia adquirida en las últimas décadas identifico a estas tipologías estructurales como estructuras espaciales, estructuras con cables, membranales y nuevos materiales sujetos a “tracción”, de gran eficiencia.-
A los fines de incrementar la confiabilidad de una evaluación de estos sistemas estructurales de gran cobertura, los especialistas recomiendan un conocimiento basado en el acercamiento a un diseño sintético conceptual, es decir un análisis teórico y experimental a escala, combinado con un control monitoreado del comportamiento subsecuente del sistema, de tal forma que se pueda calibrar el modelo matemático y evaluar la suficiencia del diseño a largo plazo.-

USOS ACTUALES
Actualmente las estructuras livianas son ampliamente utilizadas para edificios: Deportivos como gimnasios, estadios, piletas de natación olímpica, pistas de hielo, de patín y atletismo bajo techo.-
Uso público: pabellones para ferias, congresos, auditorios y teatros.-
Industriales: hangares, almacenes, terminales de aeropuertos y ómnibus.-
Ecológicos: depósitos de materiales de desecho, aislamiento de polucionantes.-

ESTADO DEL ARTE
Actualmente las últimas tendencias, las tipologías y los materiales más frecuentemente usados para cerramiento de gran porte son:
Estructuras Espaciales: mallas de una capa simple, mallas de doble o múltiples capas, pórticos espaciales de simple y doble curvatura.-
Estructuras con Cables: techos tensados con cables, techos suspendidos, reticulados de cables, redes simples y multicapas.-
Estructuras Membranales: membranas pretensadas anticlasticas, membranas neumáticas.-
Estructuras Hibridas: sistema TENSIGRITY, sistemas viga cable.-
Techos Convertibles: sistemas de superposición deslizante, sistema  pivotante, sistema plegable.-
La tendencia histórica en el proceso del diseño y construcción de cubiertas de gran porte, era y es la minimización del peso muerto de la estructura y consecuentemente de la relación entre las cargas permanentes y la sobrecarga.-
Desde las antiguas estructuras masivas hasta las modernas estructuras livianas la relación mencionada anteriormente fue reducida más de 100 veces, debido a la explotación más efectiva de los conocimientos  y las propiedades especiales de materiales de alta resistencia en combinación con sistemas en donde los esfuerzos de tracción son dominantes (estructuras de Tracción) debido a la estabilidad inherente de la tracción frente a la compresión, estas estructuras llevan a la optimización de la energía del sistema frente a aquellas otras estructuras sujetas a momentos flectores o solicitadas axialmente (compresión) por lo tanto la tendencia actual de las tipologías de estructuras livianas es combinar, lo máximo que sea posible un sistema mecánico de tracción dominante y materiales de alta resistencia.-
Estos materiales modernos presentan una elevada relación de resistencia frente al peso propio en tracción y por lo general son materiales compuestos de alta tecnología.-

ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO
La experiencia y los estudios de colapsos de algunas de estas estructuras dejan enseñanzas e información que no hay que desechar al momento de proyectar y verificar nuevos proyectos, algunos de estos colapsos espectaculares fueron por violaciones a los estados limites ultimo y de servicio, otros porque ocurre un fenómeno inimaginable, o también las incertidumbres de diseño que no permiten evaluar la confiabilidad.-
Muchos de estos proyectos de estructuras ha intentado extender el “estado del arte” con nuevos métodos de construcción y técnicas de diseño que generan incertidumbre sobre el comportamiento de la estructura.-
Es importante que en este tipo de diseños se tengan en cuenta los siguientes aspectos:
Fundamentalmente  se debe CONOCER
·         Los materiales nuevos , a través de ensayos y experiencias
·         Métodos de construcción nuevos e inusuales
·         Tipos de estructuras nuevos e inusuales
·         Experiencia y organización del equipo de diseño
·         Antecedentes de investigación y desarrollo
·         Clima financiero
·         Clima industrial
·         Clima político
De investigaciones realizadas se llego a la conclusión que el 43 % de las fallas se deben a una errónea apreciación de las condiciones de carga o del comportamiento estructural.-
Siendo todos los otros factores menores al 10 % como ej.: errores de dibujo o calculo, información inadecuada de los documentos de proyecto y contrato, contravención del contrato o la DT, ejecución inadecuada, mal uso de los materiales etc.
Por todo ello se deben considerar los siguientes aspectos especiales del diseño tales como:
·         Distribución de nieve y su acumulación en grandes superficies en función del viento
·         Distribución de la presión del viento en grandes áreas las que deben ser consideradas teórica y experimentalmente, teniendo en cuenta la historia  en el tiempo
·         Respuesta rígida y elástica de la estructura bajo la acción del viento considerando la resonancia
·         Efectos a largo plazo de las acciones como el pretensado, fluencia y temperatura
·         Inestabilidad local y global
·         Geometría no lineal y el comportamiento del material
·         Confiabilidad y factores de seguridad de los nuevos materiales compuestos de alta tecnología
·         Evitar los colapsos progresivos del sistema debido a fallas locales en elementos estructurales secundarios
·         Diseño de detalle
Como pauta general se recomienda la participación de los expertos en las etapas tempranas del diseño, para proceder a realizar un “filtrado” que pueda eliminar una parte significativa de los errores humanos.-
Para ello el diseño debe ser chequeado en tres fases como mínimo: Diseño Conceptual, Modelo Analítico y Fase Trabajo de Diseño.-
Por ejemplo el CAD puede con su lenguaje interactivo ser muy efectivo en obviar los efectos de los errores humanos groseros durante el modelado estructural, permitiendo el chequeo.-
Además permite el análisis para la búsqueda de la forma tanto para las estructuras de cables, membranas y neumáticas.-
Las ventajas ofrecidas por la informática y la automatización han sido muy importantes en el campo del diseño estructural en general y particularmente esencial en el caso de los sistemas estructurales livianos, pero a su vez estas circunstancias favorables han causado muchas fallas estructurales que al ser documentadas se detecto errores causados por una apreciación inadecuada del comportamiento y una interacción no confiable del hombre con la maquina y la ilusión de que las computadoras como poderosos instrumentos de análisis podrían reemplazar al diseño conceptual.-
Otro factor muy importante a tener en cuenta es que los Códigos de Construcción     normalmente están dirigidos solamente a proyectos de pequeña y mediana escala, ya que en los casos de grandes luces las incertidumbres se relacionan con la distribución aleatoria de las cargas vivas, lo que obliga a un muy cuidadoso análisis de cargas utilizando por lo general un estudio experimental.-

REF. BIBLIOGRAFICA
Extractado de Diseño Conceptual y tecnologías teóricas y experimentales – M. Majowiecki – Universidad de Venecia – Italia- Artículo aparecido en  revista Ingeniería Estructural – Año 13 – Nº 32 – Agosto 2005 – pag. 18

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