VELARIAS

DEFINICION DE VELARIA

 

Una velaria es una cubierta ligera conformada por una superficie hecha de lona o material textil cuyas cargas a tension son transmitidas de la lona a las *relingas a los postes o puntos de anclaje en algun elemento estructural ya sea muro o columna metálica.

 

La velarias trabajan a tensión, cuyas cargas se reparten hacia los tensores conectados a postes para mantener la lona tensionada y asi auto sustentarse.

 

Algunos muestras en lugar de ser estructuras sujetas a tensión son simplemente sabanas de lona tesadas por postes quedando con una forma plana y peligrosa ya que es casi seguro que el viento y el agua hagan daño a su estructura ademas de dar mal aspecto.

En muchos casos la mala realización de lonarias se ha debido a:

A).-La razon esta en que muchas veces no se recurre a un arquitecto para hacer tales imitaciones de velaria, y solo se copian a modo de cada quien de manera empirica.

B).-Otra razón es que no se quiere pagar el trabajo de diseño de los trabajos del especialista en velarias.

C) .- Tambien por la falta de especialistas en la materia.

 

FORMAS BASICAS DE VELARIA

 

 

Tipo hiperbolica.

 

 

Tipo conoide

 

 

Silla de montar o membranas similares

 

Tenso estructuras (combinación de elementos estructurales)

 

 

Domos tensoestructurales

 

Y en general la libertad de forma es la combinación de una o varias de las formas básicas generando formas curvas artisticas. Pero hay que cuidar siempre que la lona trabaje a tensión para mantener su forma.

 

EL ORIGEN DE LAS VELARIAS

 

El origen de las velarias y tensoestructuras se remonta a muchos años atrás cuando el hombre primitivo abandono las cuevas y comenzo a ser nomada buscando su subsistencia. Por medio de pieles troncos y huesos confecciono sus primeras refugios moviles cuya antigüedad se remonta a los 15 mil años.

 

En las tierras de america siglos despues se logro un tipo de refugio en Norteamerica llamado “Tipi” hecho de varillas de madera y pieles de bufalo, lo cual les daba abrigo de la intemperie.

 

 

 

 

En Asia central los nomadas de la actualidad utilizan unas estructuras llamadas “Yurts” hechas de madera y recubiertas de fieltro. Su facilidad de armado hace común el uso de estos refugios. Existen otras variantes de estructuras textiles con tensores y estacas que le dan rigidez a la techumbre. Esto lo vemos en gente nomada moderna que requiere movilidad

 

El uso de lona como elemento de techumbre es muy comun en la actualidad en los circos, y al igual que en las carpas moviles se pueden armar y desarmar para moverlas a otra ciudad.

 

USO MODERNO DE LAS VELARIAS

 

En la decada de los 50’s el Ingeniero-Arquitecto aleman Frei Otto, comienza sus primeras experimentos con cubiertas de cobertizo ligeras. Egresado de la Universidad Técnica de Berlin, .Despues estudia en Norteamerica posteriormente, despues regresa a Alemania donde realiza sus primeras obras.Estudia un doctorado en construcción tensada.

Otto fundó el famoso Instituto para estructuras ligeras en la Universidad de Stutgard en 1964 y la encabezó el mismo hasta su retiro de la vida académica. Elaboro de 1967 al 2004 importantes obras de cubierta ligera, a base de acrilico y lona con formas curvas y de doble curvatura que trajeron consigo dificultades para el calculo matematico. Actualmente se encuentra retirado de la vida academica.

 

 

Entre sus obras mas conocidas esta la cubierta del estadio olimpico de Munich en 1972 en Alemania.

 

 

actividades en clase

TENSEGRITY

Ciertas estructuras se han desarrollado más que otras, como es el caso de los reticulados planos (cerchas), espaciales, las cáscaras de concreto, las membranas. Otras, han tenido pocas aplicaciones, como los tensegrities abiertos; y otras, como las estructuras recíprocas y los tensegrities cerrados, no han tenido casi ninguna aplicación arquitectónica concreta por falta de investigación en el tema enfocada a la arquitectura. Actualmente, en el ámbito mundial no se tiene claridad en aspectos fundamentales acerca de este sistema estructural, como son: su definición, clasificación, aplicación, quién los inventó... etc. Fuller los llamó “Tensegrity”; Snelson, “compresión flotante”, y Emmerich, “sistemas auto-tensionantes”. Aun cuando
cada cual da un enfoque distinto y lo nombra diferente.

El término tensegrity fue propuesto por el inventor alemán R. Buckminster Fuller al patentar en noviembre de 1959 las “Tensile-Integrity Structures”. Tensegrity es la conjunción de las palabras tensional integrity (integridad de tensiones); sin embargo, en la actualidad no se ha establecido con absoluta claridad cuándo un sistema es tensegrity o no, y su definición está todavía en discusión. Fuller dice:
 

“Todas las estructuras, debidamente entendidas, desde el sistemasolar hasta el átomo son estructuras tensegrity” (Fuller, 1975).

 Finalmente define al sistema de la siguiente manera “Los tensegrities describen el principio de relación estructural en el cual la estabilidad de la forma se mantiene gracias a la continuidad de un sistema a tracción, mas no por el comportamiento aislado de elementos a compresión... En eltensegrity hay una confluencia de factores de óptimo trabajo estructural” (Idem).

Tensegrity: es una malla espacial de cables, rigidizada
por elementos aislados sometidos a compresión.

•  Se dividen en abiertos y cerrados

Abiertos
Requieren, para su estabilización y rigidez, elementos externos adicionales a los propios del tensegrity, como son: mástiles, anillos, tensores adicionales, cimentaciones con grandes pesos muertos para ser sometidas a  racción, etc. Todavía está en discusión si estas estructuras se deben considerar tensegrities, ya que no están enmarcadas claramente dentro de la definición. Sin embargo, la mayoría de aplicaciones en arquitectura pertenecen a este tipo.

Cerrados
Conservan su forma gracias a cierta disposición de sus elementos a compresión y tracción, que los hacen “autotensionantes”, es decir que estos esfuerzos se resuelven dentro del mismo sistema y no requieren elementos adicionales a las barras y los tensores. En adelante me referiré exclusivamente a éstos.

Configuración espacial
1D: es posible hacer la analogía de un tensegrity de
una dimensión, conformando una estructura de dos elementos
dispuestos sobre un eje que trabajen uno comprimido y otro
traccionado. Este es el caso de las vigas post o pre-tensadas, en
las que se aprovecha al máximo la resistencia del concreto a la
compresión y del acero a la tracción.

2D: De la misma manera se puede aplicar el concepto en dos dimensiones colocando dos barras articuladas, como una tijera, uniendo los extremos con tensores. De esta manera se logra un sistema estable e indeformable que separa los esfuerzos de tracción y compresión.

3D: sin embargo, el tensegrity tiene como requisito indispensable el de ser tridimensional, ya que es la única manera de aislar los elementos a compresión entre sí. El mundo en que vivimos se rige por las leyes de las tres dimensiones y cualquier sistema lineal o plano tiene problemas de rigidez ante cargas perpendiculares a su eje o a su plano; de esta manera, un trabajo estructural óptimo se logra estudiando la geometría del sistema en tres dimensiones y proponiendo estructuras espaciales que disocien tracción de compresión y aprovechen esta virtud estructural

• Estan Compuestos por:

Nudos
Cada barra debe estar sometida a compresión por mínimo tres tensores en cada extremo, de tal manera que la fuerza resultante generada por los tensores corresponda con la dirección de la barra. El ángulo ideal para los tensores al proyectarlo en un plano es de 120º. El esfuerzo de tracción que está soportando un cable depende de los ángulos entre él mismo y los otros tensores, y entre él y la barra o barras

Barras
Las barras pueden sufrir falla por pandeo, por lo cual se recomienda que su sección transversa sea mayor en el medio, preferiblemente huecas para concentrar el material en la periferiay disminuir el radio de giro. Cuando las barras, además de los tensores de los extremos, poseen tensores intermedios (que lógicamente no introduzcan flexión en el elemento) las condiciones de pandeo cambian, por lo cual la sección del elemento también varía.

ANTECEDENTES 

Buckminster Fuller
 

Fue el primero en idear los tensegrities como sistema estructural, dentro de su investigación geométrica y filosófica acerca de la sinergia. La sinergia (síntesis - energía) busca generar sistemas en donde “la totalidad es mucho más que la sumatoria de sus partes” .A partir de la exploración de la manera de separar los esfuerzos de compresión y tracción, Fuller llegó a la conclusión teórica de generar una malla continua de cables, junto a una serie de elementos a compresión, de tal manera que estos últimos fueran cortos, mientras que los tensores no tuvieran límites de longitud.

CERCHAS O ARMADURAS

 CERCHAS O ARMADURAS

Una armadura es una construcción reticulada conformada generalmente por triángulos formados por elementos rectos y que se utiliza para soportar cargas. Las armaduras pueden ser planas o espaciales.

 

 

Ejemplos típicos de armaduras son: puentes, cercas, torres de transmisión, cúpulas de estadios, etc

 Constan de elementos rectos conectados en nudos
localizados en los extremos de los elementos

Los elementos de estas estructuras están sometidos a dos
fuerzas iguales y opuestas dirigidas a lo largo del
elemento

  

Estan conformadas por:

• Cuerda Superior: formada por los elementos unidos en toda la parte superior de la armadura, y que generalmente soportan las cargas de la cubierta del techo, que para un trabajo eficiente deben estar concentradas en los nudos 

• Cuerda Inferior: formada por los elementos unidos en toda la parte inferior de la armadura.

• Elementos Secundarios: formada por los elementos unidos en toda la parte interior de la armadura, y que generalmente ayudan a soportan las cargas de la cuerda superior e inferior, e inclusive muchas veces algunos elementos tienen fuerza interna axial de valor cero, que se colocan, por simetrí­a, rigidez, estética y construcción. 

 FUERZAS APLICADAS

 

  

TRACCIÓN Y COMPRESIÓN EN LAS BARRAS

 

TRACCIÓN Y COMPRESIÓN EN LAS BARRAS

 

EJEMPLO : TRACCIÓN Y COMPRESIÓN EN LAS BARRAS

 EJEMPLO : TRACCIÓN Y COMPRESIÓN EN LAS BARRAS

 EJEMPLO : TRACCIÓN Y COMPRESIÓN EN LAS BARRAS

La mayorí­a de los tipos de armaduras usadas en la estructuración de cubiertas, puentes, han sido llamadas así­ por el apellido o nombre de quien las diseñó por primera vez,

ARMADURAS HOWE

La armadura Howe, patentada en 1840 aunque ya habí­a sido usada con anterioridad,Está compuesta por montantes verticales entre el cordón superior e inferior. Las diagonales se unen en sus extremos donde coincide un montante con el cordón superior o inferior. Con esa disposición se lograba que los elementos verticales, que eran metálicos y más cortos estuviera tensionados, mientras que las diagonales más largas estaban comprimidas, lo cual era económico 

 ARMADURAS WARREN

Este tipo de armadura, en la forma utilizada para viguetas ligeras de alma abierta, se usan elementos de barras de acero redondas con múltiples dobleces. la Warren ofrece la ventaja de que proporciona un máximo de espacio abierto libre para la inclusión de los elementos de servicio del edificio que deben pasar a través de las armadurasEl rasgo caracterí­stico de este tipo de armadura es que forman una serie de triángulos isósceles (o equiláteros), de manera que todas las diagonales tienen la misma longitud. Tí­picamente en una armadura de este tipo y con cargas aplicadas verticales en sus nudos superiores, las diagonales presentan alternativamente compresión y tensión.

 ARMADURA PLATT PLANA
Representa la adaptación de las armaduras al uso más generalizado de un nuevo material de construcción de la época: el acero. A diferencia de una armadura Howe, las barras están inclinadas en sentido contrario, de manera que las diagonales están sometidas a tensión, mientras que las barras verticales están comprimidas. 

ARMADURAS FINK 

La armadura Fink ha sido utilizada para claros del orden de los 37m. Un hecho que la hace más económica es que la mayorí­a de los miembros están en tensión, mientras que los sujetos a compresión son bastante corto. La armadura Fink puede ser dividida en un gran número de triángulos y coincidir casi con cualquier espaciamiento de largueros

ARMADURA DELTA 

armadura deriva su nombre de la forma de su configuración, un triángulo equilátero que se asemeja a la letra griega deltaofrece resistencia tanto a cargas verticales como horizontales.

ARMADURA DE ESTRUCTURA TRIARTICULADA 

Cuando se necesita cubrir luces de más de 30m, debe tomarse en consideración el uso de la estructura triarticulada de acero, ya que pueden proporcionar soluciones más económicas, en comparación con el biarticulado y el empotrado.

  Este tipo de estructura tiene las siguientes ventajas:

1. Su análisis es más fácil, ya que es estáticamente determinado
2. Los asentamientos diferenciales de las cimentaciones deficientes no son de importancia capital como podrí­an serlo para un arco hiperestático.
3. El montaje se simplifica, ya que las dos mitades de un arco pueden montarse por separado conectándolos posteriormente con el perno de la articulación central.

ARMADURAS TIPO DIENTE DE SIERRA

 Estas armaduras pueden utilizarse cuando la separación entre columnas no es objetable y se desea una iluminación natural adecuada por medio de ventanales en construcciones anchas.

 

• Las armaduras más usadas para la construcción de puentes de carretera o ferrocarril son las del tipo Pratt, Warren, Tipo K, Pettit,

• Las armaduras más usadas para la construcción de cubiertas de techos son la Pratt, Fink, Howe y Warren.

•  La elección del tipo de armadura depende de varios factores como son: Luz a salvar, carga a soportar, tipo de cubierta desde el punto de vista arquitectónico, necesidades de iluminación, aislamiento y ventilación.   

ANALISIS ESTRUCTURAL

ANALISIS DE CUERPO LIBRE


Si consideramos a una estructura, con sus diversas piezas concurrentes en los nudos prefectamente empotradas en sus extremos y sin desplazamientos y giros, fácilmente podremos determinar el valor de los momentos de compamiento debidos a la aplicación de las cargas. Si la suma algebraica de tales momentos no es cero , el nodo tratara de girar. Para evitar la ratación deberá aplicársele un momento igual y opuesto en signo, llamado momento de equilibrio.

La capacidad de una viga para tomar felxión está en relación directa con su rigidez angular, es decir, con la resistencia de la misma a la rotacion en un extremo. Al inducir un momento en el extremo de una piueza doblemnte empotrada, se provocará otro en su extremo opuesto, de signo contrario y que llamamos de transporte, igual en valor a la mitad del momento anterior.

Como en la distribución de momentos lo que nos interesa es la relación proporcional de rigideces de las diversas piezas concurrentes en un nudo.

Si en un estructura existe un nudo en el que concurren varios miembros, y si inducimos un momento M en tal nudo, cada miembro concurrente tomara una parte proporcional a su rigidez, lo cual estara en función de sus condiciones de apoyo.

Sanchez Ochoa, Jorge. Analisi estructural en arquitectura. Editorial Trillas



ELEMENTOS A TENSIÓN


Los elmentos a tensión se utilizan de muchas maneras en las estructuras para edificios. El comportamiento estructural puede ser simple, como en el caso de una péndola o soporte colgante o  tirante, o extremadamente complejo, como en el caso de un sistema de cables de sujeción y estructuras neumáticas.

Un caso simple de tensión es, cuando un elemento lineal está sometido a tención y ésta se alinea sobre un eje que coincide con el centroide de la sección transversal del elemento.


ELEMENTOS FELXIBLES


Cuando se utiliza un elemento muy felxible para cubrir un claro, no puede adoptar la forma rígida y deflexionada de una viga. Debe, en cambio, adoptar un perfil que le permita funcionar a tensión pura.
Pueden utilizarse elementos flexibles para cubrir claros si están adecuadamente apoyados y si les permite adoptar el perfil natural de resolución por tensión interna pura.


ELEMENTOS A COMPRESIÓN


* Columnas
* Pilas
* Miembros a compresión en armaduras

Los miembros de compresión trabajan a tensión o compresión, an algunos casos se requiere que resitan los dos tipos de fuerza, pueden estar sometidos a flexión.
Es mas probable que las barras de una estructura fallen si trabjan a compresión en vez de a tensión.

* Muros de carga
* Suelo


Elementos esbeltos a compresión


Estos tienden a pandearse. Si el elemnto se mantiene en posición, el pandeo puede servir para reducir el esfuerzo de compresión en el elemento. Si no se retira la fuerza, el miembro falla de inmediato por la flexión exesiva.


INTERACCIÓN: COMBINACIÓN DE COMPRESIÓN Y FLEXIÓN


Por varias razones los elementos estructurales reales no se ajustan a la forma clásica de respuesta de línea recta.
Las acciones comnbinadas de compresión y flexión producen varios efectos en las estructuras como el efecto P DELTA.

Ambrose James. Estructuras. Limusa Noriega editores.

VECTOR ACTIVO 

Los sistemas estructurales de vector activo son sistemas portantes formados por elementos lineales (barras), en los que la transmisión de las fuerzas se realizan por descomposición vectorial, es decir, a través de una subdivisión multidireccional de las fuerzas.

Sus elementos (cordones,barras) trabajan en un sistema mixto de compresión y tracción.  

                                           

Las estructuras de vector activo presentan grandes ventajas como estructuras verticales para edificios de gran altura. Proyectados adecuadamente, pueden combinar las funciones estáticas de agrupamiento de cargas lineales, trasmisión directa de las cargas y rigidización lateral frente al viento.

                              

En este sistema se cambia la dirección de las fuerzas dividiendo las cargas en diferentes direcciones a través de dos o mas barras y las equilibran mediante las correspondientes reacciones vectoriales.