Cúpulas y cáscaras de concreto

Tema: Cúpulas y cáscaras:

Sist. Estructurales I

INTEGRANTES: Carlos Campos Veintemilla Claudia Marcela Nieto Polo Sthefanía Sánchez Alva Sasha Padilla Echevarría

INTRODUCCIÓN: El presente trabajo pretende dar a conocer los procesos constructivos de las diversas tipologías de láminas como son las cúpulas y las cáscaras de concreto, conociendo su evolución, aplicación y desarrollo en el mundo, además de sus grandes representantes quienes idearon y aplicaron en sus proyectos. A través de información recopilada podemos descubrir una gran variedad de formas y estructuras que pueden definir un espacio por medio de una cobertura y sobre todo las grandes luces que pueden generar, según el diseño y función empleada. Como ya hemos comentado, las estructuras de lámina son un campo con muchas posibilidades. En este texto solo se pretende profundizar en las mas importantes, mostrando su proceso constructivo, comportamientos y características.

ÍNDICE 1.

Historia (Evolución de la cúpula y cáscaras en concreto) 1.1 Antecedentes

2.

Tipología de láminas (Cúpulas y cáscaras) 2.1 Ejemplos de los grandes exponentes:

3.

Cúpulas (Definición) 3.1 Comportamiento 3.2 Características 3.3 Proceso Constructivo

4.

Cáscaras (Definición) 4.1 Comportamiento 4.2 Características 4.3 Tipologías (Concreto) 4.4 Proceso Constructivo

1. Historia (Evolución de la cúpula y cáscaras en concreto) 1.1 Antecedentes: Una de las primeras construcciones de gran importancia diseñadas mediante elementos constructivos de lamina (cúpula) es el Panteón de Agripa (Roma), un templo circular construido en Roma a principios del Imperio Romano dedicado a todos los dioses.

“El Pantenon” en un grabado de Giovanni Battista Piranesi.

Como se puede observar en las imágenes, el templo se compone de una amplia sala redonda adosada al pórtico de un templo clásico. El diámetro de la sala es de 43.3m y consigue una altura hasta el óculo de 43.3m. A su vez, esta sala se compone de un tambor cilíndrico de 6.4m metros de espesor que sostiene una cúpula que como podemos apreciar esta aligerada. El grueso de la cúpula varia de 6.4m en el arranque a1.2m alrededor del óculo.

1. Historia (Evolución de la cúpula y cáscaras en concreto) 1.1 Antecedentes:

“Hangares de Orly” (1921) de Eugene Freyssinet

Se podrá decir que el siguiente hito histórico en la utilización de elementos de lamina los podemos encontrar a principios de siglo pasado en Los Hangares de Orly (1921). Se trata de un sistema de laminas plegadas que suponen un record mundial. No solo en sus dimensiones sino en los metros cúbicos de hormigón empleados por volumen útil de construcción; a esto se le añade una mano de obra muy reducida y una gran velocidad de ejecución, inusual en obras de hormigón armado, gracias al ingenio en el proceso constructivo basado en la repetición y en los medios auxiliares.

1. Historia (Evolución de la cúpula y cáscaras en concreto) 1.1 Antecedentes:

Sobre la misma época, cabe destacar dos diseñadores también importantes. En primer lugar, tenemos a Pier Luigi Nervi con obras tan importantes como el Hangar de las Fuerzas Aéreas Italianas (Roma) o el Turin Exibition Hall.

“Hangar Roma” y “Turin Exibition Hall” de Pier Luigi Nervi

1. Historia (Evolución de la cúpula y cáscaras en concreto) 1.1 Antecedentes: “Mercado de Algeciras“ de Torroja Miret

Por otro lado tenemos a Eduardo Torroja Miret, autor de obras como el Mercado de Algeciras o el Frontón de Recoletos entre muchas otras destacables.

“Frontón de Recoletos “de Torroja Miret

1. Historia (Evolución de la cúpula y cáscaras en concreto) 1.1 Antecedentes: También se hace referencia a obras más contemporáneas como el Centre de nouvelles industries et technologies situado en la Defense de París , el oceanograco de Valencia, la gasolinera de Heinz Isler en la autopista entre Bern y Zurich o bien el Palau Blaugrana de Francesc Cavale y Josep Soteras.

Laminas de doble curvatura

Laminas de doble curvatura

2. Tipología de láminas Las estructuras de lamina presentan un gran abanico de posibilidades, entre las tipologías mas utilizadas están las siguientes: • • • • • •

Cúpulas Muros de láminas cilíndricas Placas plegables Láminas cilíndricas Hiperboloides y paraboloides hiperbólicos Cimbras hinchables

3. Sistemas estructurales básicos: Se define como estructura a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una deformación excesiva de una de las partes con respecto a otra. Por ello la función de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la estabilidad

Pórtico:

Arco:

Dintel y Pórtico.

Triángulo:

Árbol: (A) Definido por elementos verticales de soporte aislado que sostienen individualmente cubiertas horizontales

Neumático: (B) Se basa en formar componentes constructivos con materiales elásticos que permitan inflarlos de aire

4. Cúpulas de concreto: Definición La cúpula o domo es una superficie que se obtiene por la rotación de una curva plana alrededor de un eje vertical (superficie de revolución) y resiste sólo fuerzas de compresión, para ello se evita la tendencia al aumento del diámetro en la base mediante un elemento más rígido a todo lo largo del soporte.

4.1 Comportamiento: La mayoría de las cúpulas son circulares, aunque hay algunos ejemplos elípticos. Todas se deben diseñar para resistir los empujes laterales; de otro modo se expandirían y esto produciría tensión perimetral. Las cúpulas elípticas se definen por la rotación de media elipse alrededor de su eje vertical; su comportamiento no es tan eficiente como el de una cúpula esférica, pues la parte superior de la cáscara es más plana y la disminución de curvatura introduce mayores tensiones. En cambio, la cúpula parabólica puede tener mayor curvatura en la parte superior y presenta ventajas estructurales, aun comparada con la esfera.

Esquema de cúpula donde se indican los meridianos y paralelos

5. Cáscaras: Definición Se denominan estructuras resistentes por la forma a aquéllas cuya resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que deben soportar. Una membrana invertida y sometida a las mismas cargas para las cuales se le dio forma originariamente, seria una estructura de este tipo y desarrollaría sólo compresión, es decir, constituiría el antífunicular bidimensional de esas cargas

Su movilidad e incapacidad para resistir tensiones de corte o de compresión, restringen el uso de las membranas. Todas las desventajas de la acción de membrana se evitan conservando al mismo tiempo la mayor parte de sus ventajas en las cáscaras delgadas.

5.1 Comportamiento: Las cáscaras delgadas son estructuras resistentes por la forma, suficientemente delgadas para no desarrollar tensiones apreciables de flexión, pero también suficientemente gruesas para resistir cargas por compresión, corte y tracción. Aunque se las ha construido de madera, acero y materiales plásticos, son ideales para construirlas en concreto armado.

Las cáscaras delgadas permiten la construcción económica de cúpulas y otros techos curvos de formas diversas, gran belleza y excepcional resistencia

5.1 Sistemas de Cáscaras y sus Luces: Sistemas de bóvedas Rango de luces Máximo: Concreto armado [4 ; 30] m Optimo: Concreto armado [8 ; 20] m

Sistemas de retículas abovedadas Rango de luces Máximo: Acero o Madera [10 ; 150] m Optimo: Acero o Madera [20 ; 90] m

Sistemas de curvatura simple Rango de luces Máximo: Concreto armado [10 ; 75] m Optimo: Concreto armado [20 ; 60] m

Sistemas de cúpulas Rango de luces Máximo: Concreto armado [20 ; 200] m Optimo: Concreto armado [40 ; 150] m

Sistemas de paraboloides hiperbólicos Rango de luces Máximo Concreto armado [15 ; 70] m Madera [15 ; 60] m Optimo

Concreto armado [25 ; 60] m Madera [20 ; 50] m

Sistemas de plegaduras prismáticas Rango de luces Máximo Concreto armado [10 ; 60] m Madera [8 ; 50] m Optimo Concreto armado [15 ; 50] m Madera [10 ; 40] m

Sistemas de plegaduras interseccionadas Rango de luces Máximo Concreto armado [20 ; 100] m Madera [15 ; 80] m Optimo Concreto armado [25 ; 80] m Madera [20 ; 60] m

Sistemas de plegaduras lineales Rango de luces Máximo Concreto armado [10 ; 90] m Madera [10 ; 70] m Optimo

Concreto armado [20 ; 70] m Madera [15 ; 60] m

Restaurante del Oceanográfico de Valencia

5.2. Proceso Constructivo(cáscaras de concreto): Estructura formada por tres paraboloides hiperbólicos en el eje vertical girados 120º. El borde libre de cada lóbulo es el resultado de la intersección de un plano inclinado 69,20º con el plano horizontal. Tanto en el edifico del Restaurante como el de Acceso del Oceanográfico de Valencia, podemos apreciarlo que caracteriza generalmente las obras de Félix Candela:

-grandes luces. -superficies paraboloide hiperbólica. -estructuras de hormigón con espesores mínimos. -mucha mano de obra (procedimiento de encofrado complejo).

Inspiración del arquitecto:

Estructura: Borde libre

Construcción:

Colocación del cimbrado

Acoplo de Vigas

Cimbrado, encofrado y hormigonado de la cubierta

Colocación de Vigas

Entablillado

Vigas de seguridad

Armado

Colocación del armado

Hormigonado

Ejecución

Hormigonado proyectado de cubierta

Curado

Desencofrado

Cerramiento del edificio

Cerramiento del edificio