Grandes Luces 1

 

  CONSTRUCCIONES II

TRABAJ TRAB AJO O PRÁCTI PRÁCTICO CO N° 4 GRANDES LUCES L UCES

GRUPO 11 CORTINEZ CORT INEZ MARCELA ROLAND AGUSTINA

 

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GRANDES LUCES Estructuras industrializadas de edificios industriales y de equipamiento Las exigencias actuales de carácter socio-cultural públicas y privadas se sobreponen al objetivo de alcanzar la máxima eficiencia. El sector industrial busca la máxima eficiencia (componentes físicos y económicos). En los edificios de equipamiento la industrialización es vinculada en muchos casos con innovación y vanguardia por lo que la eficiencia queda sometida a aspectos compositivos efectistas. El nexo de unión entre ambos tipos de edificios es la existencia de luces amplias y alturas superiores a 6 metros. Con luces amplias no son posibles las estructuras reticulares o los forjados con vigas planas por lo que el rendimiento de estructuras producidas en obra resulta seriamente disminuido. Cuando las alturas superan los dos pisos el utillaje de encofrado y apuntalamiento es más complejo y caro, lo que se traduce en una importante pérdida de rendimiento. Las características de los sistemas responden en cada caso al conjunto de exigencias específicas de cada edificio por lo que la variedad tipológica, de sistemas y de metodología es máxima. Es habitual la coexistencia de tipologías edificatorias cuando el uso principal está complementado con áreas de uso diferenciado (oficinas, vestuarios..) La reducción del tiempo de ejecución aumenta el rendimiento debido a la minimización de la influencia meteorológica y a la posibilidad de reducir los costos indirectos y los gastos generados de la obra. El transporte y los medios de producción y de montaje constituyen factores determinantes del rendimiento de los sistemas industrializados. TIPOLOGÍAS Edificios Industria Industriales les Constituidos por naves con luces superiores a 10 metros y alturas superiores a 5 metros que se desarrollan fundamentalmente en planta baja. -Edifi -E dificios cios para uso inespecífico. Los requisitos funcionales básicos son la versatilidad y la variabilidad superficial. En general son paralelepípedos divisibles.

 

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-Edifi -E dificios cios p para ara uso especí específico. fico. Son concebidos para un programa concreto por lo que su estructura responde a solicitaciones definidas completamente o de forma parcial. El grado de optimización es elevado y se concreta en cada caso. El edificio adopta formas más complejas teniendo la imagen más importancia cuanto mayor sea el valor de la imagen corporativa. Edificios deportivos cubiertos Sin tipología estructural concreta. Esta está determinada por las luces del espacio cubierto, por las exigencias estéticas y las posibilidades económicas. Si prevalece un objetivo economicista el grado de industrialización aumenta. El primer paso consiste en la construcción de un muro perimetral de hormigón , de forma elíptica. En este muro se apoyara posteriormente las vigas semicirculares que formaran el cerramiento del edificio y donde se insertaran las correas de la estructura. Edificios escolares Habitualmente edificios paralelepípedos de entre una y tres plantas con alturas inferiores a los 5 metros organizados interiormente de forma modular buscando la versatilidad frente a los cambios de la planificación docente. Se recomienda prever la forma de ampliarlos. Estaciones de servicio Son construcciones abiertas lateralmente, con una cubierta amplia y habitualmente volada. En general se trata de reducir el número y dimensión de los elementos verticales aprovechando la situación de los surtidores. Edificios religiosos Responden en cada culto a esquemas tipológicos consolidados. Al menos en la zona principal de culto tienen una altura superior a los 5 metros. En el culto cristiano prevalecen configuraciones con base rectangular y de cruz, con naves definidas por pórticos. Edificios comerciales Están formados por uno o varios edificios. -Los de pequeño tamaño tienen una planta.

 

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-Los grandes tienen varias. -Cuando tienen estacionamiento subterráneo la modulación estructural está definida por las exigencias de estacionamiento. Viviendas Generalmente sometida a exigencias socio-culturales, utilización como valor de cambio: -Se sobreponen al objetivo de la máxima eficiencia y la innovación

Estructuras Estructur as industrializa indus trializadas das de acero acero Es utilizado en todos los sistemas. En los comprimidos resulta muy afectado por el efecto de pandeo (debido a su menor masa y por lo tanto mayor esbeltez de los elementos en secciones simples). En los traccionados sólo es superado por materiales compuestos formados por fibras sintéticas en matrices de resinas plásticas (su handicap es la sensibilidad a altas temperaturas y su gran costo). Sólo en los sistemas flexionados es superado en cuanto a rendimiento global. De todas formas tanto la madera como el hormigón armado y pretensado alcanzan su capacidad máxima de carga útil con luces muy inferiores al acero debido a su inferior relación resistencia/peso. Sistemas 1-Estructuras formadas por pórticos rígidos realizados con perfiles normalizados reforzados con cartelas en los nudos. 2-Estructuras por pórticos isostáticos constituidos por vigas de celosía planas y soportes de perfil. Luces medias y grandes. 3-Estructuras formadas por pórticos constituidos por vigas de celosía espaciales y soportes compuestos o espaciales de celosía. 4-Estructuras formadas por pórticos rígidos de celosía triangulada. 5-Estructuras formadas por mallas espaciales trianguladas: planas, curvas o mixtas. 6-Estructuras tractocomprimidas no autoequilibradas, (atirantadas y colgantes), formadas por un subsistema continuo traccionado anclado al terreno, soportes comprimidos y vigas o placas suspendidas del subistema traccionado y apoyadas en los soportes comprimidos.

 

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Evolución y campo de utilización Estos sistemas evolucionaron a partir de las estructuras adinteladas y de los armazones de puente y de cubierta realizados con estructura de madera. -Hitos importantes en su evolución: La estructura del Palacio de Cristal de J.Paston. La Galería de las Máquinas, de Dufert y Contamin. Las estructuras de acero son las más versátiles debido a su relación costo/resistencia, a que su manipulación sencilla permite mantener inalteradas las características de los elementos iniciales y adoptar el grado de precisión a cada tipo de ejecución. El mayor rendimiento de la ejecución de trabajos en taller y la facilidad para realizar trabajos complementarios en obra con un grado elevado de calidad conducen a una industrialización máxima de los procesos, limitada casi exclusivamente por las posibilidades de transporte y el ajuste a elementos ajenos al sistema Componentes Están realizados con perfiles y chapas de espesores reducidos, generalmente mm. El uso de espesores de varios cm plantea tanto problemas en su producción como en la soldadura de las uniones. No se realizan elementos superficiales macizos como muros, placas o láminas estructurales. Soportes Necesitan una placa de anclaje para transmitir las fuerzas al cimiento. Es una chapa gruesa con orificios para el paso de los pernos de anclaje y elementos de rigidización normales a la placa y el soporte para asegurar la indeformabilidad de la placa. Tienen que permitir alcanzar el grado de vinculación deseado entre placa y soporte. Vigas Vigas de alma llena. Se utilizan formando pórticos mediante perfiles tipificados acartelados en los nudos. Por limitaciones de transporte se definen tramos concluidos en placas de conexión para uniones preferentemente atornilladas. Vigas aligeradas. Realizadas con chapa soldada se usan para

 

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grandes luces con exigencias de canto limitado, pasos para personas o instalaciones, o por razones estéticas. Necesitan normalmente rigidizadores de alma y la relación resistencia/costo es inferior a los elementos de celosía. Vigas de celosía. Utilizan perfiles diversos para su realización. En forma de L y rectangulares para luces pequeñas y en forma de I, H, U y circulares para grandes luces. Cada vez se usan menos los elementos constituidos por elementos dobles abiertos. Correas y envigado de segundo orden. Vienen determinados por la luz, la pendiente de la cubierta y las exigencias del sistema de arriostramiento. Se utilizan preferentemente perfiles de alma llena. La continuidad de estos elementos permite aumentar la relación resistencia/peso pero exige mayor control de las tensiones producidas por las variaciones térmicas. Técnicas

Las técnicas fundamentales son la soldadura y la unión mecánica mediante tornillos de alta resistencia. La soldadura se realiza preferentemente en taller y la segunda en obra y para unir elementos galvanizados. Las juntas de dilatación de los elementos isostáticos se resuelven mediante uniones deslizantes o giratorias en la dirección

no

restringida.

Se

utilizan

hojas

de

caucho/neopreno para coordinar la capacidad de movimiento con la transmisión homogénea de esfuerzos.  Arriri os trami  Ar tr amient ent os Preferentemente mediante triangulación. En los elementos sometidos a compresión se usan preferentemente perfiles cerrados, habitualmente de sección circular. Elementos auxiliares: Las posibilidades de producción de piezas mecanizadas, cortadas y soldadas de forma automatizada, con costos reducidos, conducen a una mayor utilización de las mismas, que redunda en un mejor acabado y fiabilidad. Para piezas con formas complejas se realizan mediante fundición mecanizada. Vigas Vierendel Su peor rendimiento mecánico frente a las vigas trianguladas se compensa por la accesibilidad que permite alojar pasos y espacios con

 

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la altura de la viga y por lo tanto aprovechar al máximo la altura útil del edificio. EJEMPLOS DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA METALICA -INSTITUTO DE HISTOLOGÍA Y EMBRIOLOGÍA

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Estructuras Estructur as industrializadas industrializadas de hormigón hormi gón Las estructuras industrializadas de hormigón armado y pretensado para cubrir espacios de gran luz corresponden siempre al sistema sustentante de masa activa, formado por soportes comprimidos y vigas, placas, losas o elementos laminares flexionados. Los soportes son habitualmente de hormigón armado ya que el pretensado no aporta ventajas en los elementos comprimidos. La posibilidad del hormigón de adoptar cualquier forma moldeable constituye una ventaja para conseguir rendimientos constructivos elevados; aunque las exigencias de los elementos dan como resultado la necesidad de contar con juntas amplias y capas de regularización. Las estructuras industrializadas de hormigón armado y pretensado responden a patentes vinculadas a sistemas de producción, armado y unión de piezas, por lo que hay que tener en cuenta limitaciones y las posibilidades de los sistemas de armado ,moldeo, transporte y montaje. Se trata siempre de sistemas porticados, normalmente unidireccionales, con uno o dos órdenes de vigas. La utilización de cubiertas pesadas o ligeras tiene gran importancia en el diseño de los sistemas. 1_ Pórticos formados por vigas rectangulares o de sección I apoyadas sobre soportes aislados. La altura puede alcanzar los 16m. y la luz los 30m. En las fachadas la luz se reduce por exigencias del cerramiento. La fachada suele ser de placas alveolares, placas TT, correas de perfil I e II. Este sistema se cubre con cubiertas planas o a un agua. Distancia entre los pórticos entre 5 y 10m. 2_Pórticos formados por vigas triangulares, (delta) apoyadas sobre soportes aislados. Características similares al sistema anterior; pero pueden alcanzar mayor luz debido a la mejora mecánica que produce su canto variable. Por transporte se producen semi-vigas que se unen en obra.

3_ Pórticos formados por vigas Vierendel o trianguladas apoyadas sobre soportes aislados. Características similares al sistema anterior; pueden alcanzar mayor luz debido a la mejora mecánica

 

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que produce la reducción de peso, pero resultan más frágiles y complicadas de manipular y exigen más mano de obra. 4_ Vigas rectangulares o de secciones I, delta y Y sobre pórticos de vigas rectangulares o de sección I. Este sistema permite alcanzar luces superiores en las dos direcciones con una capacidad de carga elevada. 5_ Placas laminares abovedadas apoyadas sobre soportes aislados. 6_ Placas laminares abovedadas apoyadas sobre vigas. 7_ Pórticos formados por soportes aislados y vigas realizadas mediante dovelas postensadas. -E -Evolución volución y campo de utilización Las primeras estructuras prefabricadas de hormigón armado para grandes luces son relativamente precoces y si no se desarrollaron más fue por la dificultad de transporte. Las posibilidades de los sistemas aumentan progresivamente en la medida que aumenta la versatilidad de los moldes y se aumenta su vida útil. Los conceptos no han evolucionado desde los primeros tiempos de utilización, pero han aumentado las resistencias de los materiales y optimización en la geometría de las piezas debido a la mejora del conocimiento del funcionamiento del sistema de transmisión de esfuerzos. En los edificios industriales, comerciales y de equipamiento deportivo y para espectáculos. Su mayor resistencia y estabilidad al fuego sin tratamientos adicionales, las bajas exigencias de mantenimiento… Su imagen dura y acabado tosco se consideran cada vez mas una virtud. - Compo Componentes: nentes: Cimientos:   Cimientos: La utilización de zapatas prefabricadas aisladas es inusual. Generalmente se realizan cimientos in situ con unión a los soportes con cálices y vainas que se rellenan con mortero sin retracción. La utilización de placas de anclaje metálicas permite alcanzar un grado de rigidez máximo, pero exige la intervención de soldadores en fases no habituales.

 

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Soportes: Generalmente sección cuadrada con lados modulados cada 10 cm. Pueden tener una o varias plantas y el enlace con las vigas y placas se realiza sobre la cara superior o mediante ménsulas. También puede realizarse el enlace mediante piezas de acero atornilladas al fuste. Pueden enlazarse fustes mediante la utilización de barras roscadas, con manguitos, y placas atornilladas o soldadas, pero por lo delicado del proceso se prefiere ralizar fustes de una sola pieza. Pueden industrializarse soportes con formas diversas con limitaciones del material constructivo y los medios de producción y de transporte y con el sobrecosto que implica la confección de moldes específicos. Vigas: Los elementos de pequeño tamaño se construyen con secciones rectangulares. Con luces medias , habituales en edificios industriales, se utilizan vigas con sección I. Las mayores luces son cubiertas con vigas de sección Y y V, con la que se pueden alcanzar los 45m de luz. ( si se desea reducir el canto de la viga se va a secciones de T invertida y de L). Losas y pl acas de techo: Normalmente estos espacios se cubren con elementos ligeros, generalmente metálicos, pero por razones de mantenimiento y estabilidad al fuego tambien se utilizan cubiertas pesadas. Uno de los campos de uso más habituales para los elementos estructurales prefabricados de masa activa es el de los graderíos para espectáculos, para los que se utilizan elementos con secciones L y Z. Vigas Trianguladas: Se utilizan poco por la exigencia del proceso. Vigas Vierendel y Perforadas: Permiten una mayor accesibilidad a su través que las vigas trianguladas; aunque con peor rendimiento mecánico.

 

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Elementos Abovedados: Tienen la ventaja del buen comportamiento mecánico y el inconveniente de la mayor dificultad en todos los procesos. Los elementos con configuración semicilíndrica permiten salvar luces importante, incorporar elementos de iluminación y ventilación sin un segundo orden estructural.

EJEMPLOS DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA DE HORMIGON - Bodega Salentein

 

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Estructuras Estructur as industri indu strializa alizadas das de madera Hasta bien entrado el siglo XX, las estructuras de madera eran las más utilizadas para la cubrición de grandes espacios. El mayor desarrollo de las tecnologías del hierro y del hormigón, la incorrecta consideración de la afección del fuego dejó a las estructuras de madera en desuso. Los sistemas constituidos por pórticos de madera laminada, formada por tablas encoladas, son utilizados número creciente en edificios comerciales y de equipamiento por su calidez ambiental, su comportamiento frente al fuego y sus características higrotérmicas. La madera laminada es un material compuesto, (madera y resina de resorcina, urea formaldehído o epoxi), que evita los inconvenientes de la madera enteriza para la cobertura de grandes luces. Las dimensiones de las piezas quedan determinadas por los medios de transporte y las características del utillaje destinado a la fabricación, no por sus características mecánicas. Ventajas: • En el proceso de fabricación se eliminan muchos defectos del material, por lo que aumenta su seguridad. • Se reducen al máximo las deformaciones debidas a diferentes causas. • Permite utilizar elementos auxiliares de unión con gran capacidad mecánica. • Buena relación resistencia-peso • Mayor eficiencia energética y ecológica Exigencias: • Debido al origen orgánico de la madera, es vulnerable a los ataques biológicos, particularmente en ambientes saturados permanentemente de humedad. • En ambientes normales, se exige la inspección de: - Deformaciones y fisuras - Elementos auxiliares de unión - Empotramientos y puntos ocultos

 

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- Sistemas: Los sistemas más utilizados actualmente son los siguientes: 1_ Estructura Estructurass formadas por pórtico s rígidos realizados con piezas de sección variable. La unión en obra de las piezas se realiza mediante elementos auxiliares de acero. El arriostramiento se realiza mediante la triangulación de los cuadriláteros formados por los pórticos con las correas y montantes de los cerramientos. En edificios de luces pequeñas y moderadas.

2_ Estructura Estructurass formadas por pórticos articula articulados dos relizados con piezas de sección variable. Las articulaciones se realizan mediante elementos auxiliares de acero. Se utilizan para edificios con medias y grandes luces y resistencias al fuego elevadas.

3_ Estructura Estructurass for mada madass por arcos de sección constante o variable, articulados o rígidos. Las articulaciones o uniones se realizan mediante elementos auxiliares de acero. Se utilizan para edificios con medias y grandes luces.

4_ Estructura Estructurass formadas por pórtico s articulados o rígidos de celosía planas. planas . Se utilizan con luces medias y grandes. Los elementos de arriostramiento están relacionados con la distancia entre pórticos y correas en función de las exigencias mecánicas.

 

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5_ Estructu Estructuras ras formadas por mallas espaciale espacialess triangul adas plana planass . Se utilizan para espacios de grandes luces. Son estructuras muy rígidas y no necesitan arriostramiento en los planos definidos por la malla.

6_ Estructu Estructuras ras formadas por mallas espaciales trianguladas curvas en forma de cúpula o de lámina comprimida. comprimida. Se utilizan para espacios con grandes luces. Pueden estar constituidas por una sola capa o lámina o por dos capas con celosía intermedia.

7_ Estructu Estructuras ras formadas por mall as e espaciales spaciales triangul adas curvas en forma de membrana membrana.. Se utilizan para espacios con grandes luces. Están constituidas por una sola capa triangulada.

8_ Estructura Estructurass tractocomprimidas no autoequilibradas (atirantadas y colgantes). Están formadas por un subsistema continuo traccionado anclado al terreno, soportes comprimidos y vigas o placas suspendidas del subsistema traccionado y apoyadas en los soportes comprimidos. El subsistema traccionado puede estar formado por cables o barras. La rigidización de estas estructuras aprovecha fundamentalmente los soportes y el sistema de atirantamiento entre los soportes y el anclaje en el terreno

 

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-Evolución Las estructuras de madera para grandes luces fueron rápidamente desplazadas por las estructuras de hierro, cuyas técnicas de montaje resultaban más sencillas, resistentes y seguras. El desarrollo de la tecnología para fabricar piezas auxiliares de conexión metálicas ha sido determinante para renovar la tecnología de las estructuras de madera. La creación de factorías destinadas a piezas de tamaño medio, competitivas respecto a las de acero u hormigón, y el posicionamiento social respecto a la sostenibilidad edificatoria contribuyen a un crecimiento de este tipo de estructuras. Campo de utilización Es más amplio que el de las estructuras de acero, aunque la existencia de un costo inicial de inversión superior al de éstas limita su utilización a situaciones en las que las exigencias impiden la utilización del acero o reducen su rendimiento global. - Compo Componentes: nentes: • SOPORTES: Cuando no forman parte de un pórtico rígido están formados por piezas simples o dobles de sección cuadrada o rectangular provistos de una base de hormigón o acero que la aíslan del suelo, en el que nunca deben quedar empotrados. (Es frecuente la utilización de estructuras mixtas en la que los soportes son de hormigón armado y el resto de la armadura de madera.) • VIGAS: Las vigas de madera laminada tienen habitualmente sección rectangular esbelta, ya que resulta más eficaz resolver la esbeltez mediante la rigidización del arriostramiento. Cuando las luces son grandes las secciones de las vigas se ajustan a las necesidades mecánicas dando lugar a secciones variables.

 

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Tanto si las vigas están apoyadas, articuladas o rígidamente unidas a soportes u otros elementos estructurales, los elementos de unión son metálicos y están unidos a las piezas de madera mediante fijaciones mecánicas, (tornillos, placas perforadas, placas dentadas, anillos, rótulas...). Es frecuente la unión de piezas mediante fijación lateral en lugar de por testa. • PÓRTICOS:

Están constituidos por elementos simples o dobles de sección variable. En su configuración resulta fundamental el estudio del sistema de transporte, aunque se han llegado a fabricar piezas de hasta 60m de longitud.

• FORJADOS: Se realizan con piezas enterizas o laminadas de sección constante rectangular. Normalmente se unen lateralmente a las vigas o pórticos en lugar de apoyar sobre ellos. De esta forma se reduce la altura de la armadura y se reduce la esbeltez de alma del elemento principal. Cuando la distancia entre elementos principales es reducida se pueden utilizar piezas enterizas apoyadas directamente sobre los elementos principales, con lo que se evita la utilización de elementos auxiliares costosos. • ARRIOSTRA  ARRIOSTRAMIENTOS: MIENTOS: Se utilizan elementos de sección rectangular, cuadrada o incluso circular atendiendo a las exigencias mecánicas de cada caso.

• ARCOS: Al margen de su directriz curva sus características no difieren sensiblemente de las de las vigas o los pórticos.

 

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• VIGAS Y PÓRTI PÓRTICOS COS TRIANGU TRIANGULA LADOS: DOS: Se utilizan normalmente piezas de sección constante. Cuando las dimensiones de las piezas son reducidas se puede utilizar madera enteriza, aunque resulta menos fiable que la madera laminada. Las uniones son realizadas mediante piezas auxiliares metálicas. • VIGAS VIERENDEL: VIERENDEL: No son utilizadas habitualmente. El gran canto de los cordones horizontales, la mayor complejidad de los nudos y el menor rendimiento, respecto a las vigas trianguladas, las convierten en poco atractivas como propuesta estructural.

• ESTRUCTURAS TRIANGULADAS ESPACIALES: Las características difieren poco de las correspondientes metálicas. A diferencia de éstas, cuentan siempre con piezas auxiliares para resolver los nudos.

EJEMPLOS DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA DE MADERA Parroquia Nuestra señora del Carmen

 

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Bibliografía CONSTRUCCIÓN III. 5.º CURSO. AÑO 2.008-2.009 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE SAN SEBASTIAN. UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO  VASCO