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Diseño Estructural MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS Lima, Peru Tel: (51) (01) 7986687 Fax: (51) (01) 4728346 E-mail:: [email protected] Web: www.estructuras.info

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¿En cuál se aplico diseño? • • • •

¿Cuando surge la idea de diseño? ¿Cuando existe o no existe? ¿Es ciencia o arte? ¿Se estudia o se aprende?

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Proceso de un proyecto     

Diseño conceptual Analisis de la estructura Calculos segun teorias y/o normas Evaluacion y/o optimizacion Detalle de ingenieria

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Proyecto estructural • Conjunto de actividades que buscan obtener una solucion adecuada a una necesidad ... un diseño. • Actividad compleja y difícil ... no imposible. • Multidisciplinaria: Tomar en cuenta las disciplinas participantes. – Considerar todas las posibilidades. • Esfuerzo grupal: proyectistas, calculistas, modelador, materiales, costos, ejecutor, etc. – Considerar todas las posibilidades. • Producto: bueno, bonito, barato ... y seguro.

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Proyectista • El encargado de llevar a cabo y finalizarlo lo mejor posible. • Caracteristicas: – Conocimiento: estudios, comprension y experiencia. – A falta o adicional: estudios, criterio e imaginacion. • Limitaciones: Tiempo, economia, objetivos, condiciones a veces contradictorias. • ¿Caracteristicas modernas? Rapido, barato, versatil, proactivo, exitoso, liderazgo, gerencial, con vision ...... que conteste las 24 horas del dia. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Diseño • Tipos: estructural, arquitectónico, mecánico, naval, gráfico, industrial, de muebles, de sistemas, etc. • Antiguamente mas un arte que una ciencia. • Constante y evolutivo ... mejora con el tiempo. • Se formaliza con la revolución industrial. • Se plantean metodologías en la post guerra ... nacen las teorías del diseño. • Con la aparición de la computadora pasa a segundo plano. Actualmente se buscan recetarios perdiéndose la esencia del mismo. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

De la necesidad nace ¿...?

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Definición • Variadas definiciones: – Controlar un problema. – Simular lo final para obtenerlo. – Actividad creativa que da algo útil. – Realización de un acto complejo. • Lo mas importante por lo tanto ... el resultado. • Nace como proceso de dibujo, esencialmente un arte usando como base el conocimiento. • Diseño estructural: proceso creativo que usa la ciencia y experiencia en resolver un problema con el fin de que exista una obra. ... ¿? MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

¿Que es la obra? • Proceso que nos lleva a obtener un producto, sea este por medio de la construccion o fabricacion. • La guia seria el diseño ... diseño estructural. • Además segun el diccionario: – Accion moral o la que encamina al provecho del alma. – Medio, virtud o poder. – Labor de un artesano. – Producto intelectual y que es de alguna importancia. – Trabajo que cuesta, o tiempo para ejecutar algo. La obra lleva a crear un producto que brindara un servicio ... servicio seguro ... no solo ganar dinero. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Características de un buen diseño • Define la esencia del producto final y sus componentes, así: – Intutitivo. – Creativo. – Estético. – Técnico. – Funcional. – Económico. – Simple

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Historia • Siempre existió, formalmente nace en la revolución industrial ... siglo XIX • Nexo entre lo artesanal, artistico y técnico, antes ... proceso artístico basado en la experiencia y poco conocimiento de la época. • Diseño estructural: producto del siglo XX, bases en los conocimientos de mecánica de elementos, estructuras y materiales. • Ejemplos de diseños: – Presa Hoover, acueductos de nazca, coliseo de roma, torres gemelas, canal de panamá, etc. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Estado actual • Confundible con análisis, cálculo, estructuración, etc. • ¿Automatizado y/o computacional?. • Definición tergiversada desde la aparición de las computadoras y tendencias modernas. • Aún usado pero casi “no” formalmente. • Velocidades en las entregas de los proyectos lo afectan. • Modelado virtual y físico lo intentan reemplazar.

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¿Arte, ciencia o matemática? • Arte ... mundo real o simbólico, manipulación del medio, en tiempo real. • Ciencia ... mundo real, explica un fenómeno, actitud de duda. • Matemáticas ... mundo abstracto, sin dudas, solución lógica del problema. • Diseño ... tratar como real lo imaginado de modo que exista. • Cuidado ... ¡todas son fundamentales!. • ¿difícil? ... se supone efectos y sucesos, tomar en cuenta inclusive al usuario, ejecutor, sociedad, el pasado, el momento y el futuro. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Errores comunes • El diseño es ... solo ¿conocimiento y manejo de tecnologías? • El diseño es ... imponente, novedoso, costoso, elaborado, estético, diferente, vanguardista. • No pensar ... lanzar una solución rápida pero no viable. • Considerar viable ... ¿solo economico? • Solucion elaborada, económica ... ¡pero no funcional! • Funcional ... ¿basta que funcione? • El mejor diseño ... evade normas. • Buen diseñador ... el de mas experiencia.

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Ejemplos de diseño estructural • • • • •

Antiguamente arquitectura y estructuras ... uno solo. Se divide con la complejidad de las estructuras. Ingeniero estructural .. ¿Ingeniero civil?. Campos: Estructuras civiles, mecanicas y edificaciones. Algunos ejemplos: – Panteón de roma – La catedral de florencia – Las torres gemelas – Mustang P-51

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Panteón de Roma • • • •

Construido por Marco Agripa (25 A.C.) Reconstruído por Adriano (autodidacta) 125 D.C. Diseño ... Adriano o Apolodoro de damasco. La mayor obra techada del mundo hasta 1418.

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Características • Casetones forman arcos resistentes, casetones y abertura aligeran peso y se uso concreto aligerado. • Cúpula esférica de 43m. con casetones y abertura de 9m. • Cúpula apoyado sobre cilindro doble. • Uso del concreto al límite ... techo aligerado.

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Vista interior

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Estructura básica

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Cúpula de la Catedral de florencia • • • • • • • •

Catedral: Arnolfo di cambio ... 1296. Construcción de 170 años de duración. La cúpula ... originalmente de madera. Ganador: Filippo Brunelleschi (1418) ... artista y arquitecto. Supervision: L. Ghiberti La mayor iglesia del mundo ... hasta 30000 personas. Problemas constructivos ... catedral ya existente. Inspiración ... panteón de roma. Nace la ingenieria estructural.

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Vista aerea

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Características • • • •

Doble pared con asentado peculiar ... estructura oculta. Solución: albañilería reforzada con madera y cadenas. No se usaron encofrados o andamios ... construccion naval Empujes de arco controlados.

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Vista aérea

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Estructura básica

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Las torres gemelas Diseño elegante para su época. Leslie Robertson. Dos torres de acero gemelas Trabajo en conjunto desde el inicio: arquitecto-ingeniero. • Los edificios mas grandes del mundo hasta cierto momento. • • • •

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Características • Cajón y núcleo de acero, piso toma la carga vertical. • Carga vertical por el núcleo, carga lateral por la cáscara de acero. • Cascarón de columnas de acero.

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Estructura básica

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Detalles

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Detalles

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Mustang P-51D • Europa Nazi bombardeada por cientos de B17, otros cientos derribados solucion: avion caza de largo alcance. • Puso fin a la guerra en europea II Guerra Mundial. • Vencio a los aviones de reaccion ME262 • Mejor avión de todos los tiempos. • Aceleración, maniobrable, velocidad, estructura solida MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Caracteristicas • • • • • • • • • • •

Diseñado por North American Inglaterra compra 600 de inicio. Cambio ... Motor Rolls Royce Merlin. Hélice de 4 palas anchas ... remaba en ascenso vertical. Maniobrabilidad a grandes alturas y de largo alcance. Segundo tanque de combustible desacoplable. Burbuja para el piloto ... panorama completo. Alta velocidad ... en caída de casi 700km/h Rango de 2700km y Techo de 12800m Vendidos 8000 unidades Muy contados paises NO lo compraron ... ¿xxxx? MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Fabricacion

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Caracteristicas tecnicas TIPO: cazabombardero de largo alcance. TRIPULACION: un piloto. PLANTA MOTRIZ: Rolls Royce V-1650-7 de 1590 hp (Merlin). PESO: 3.230kg vacio/5.265kg maximo. PRESTACIONES: Velocidad maxima 703km/h; Ascenso inical 1060m/min; Alcance normal 724km; Alcance maximo 2.092km. DIMENSIONES: Envergadura 11.29m; Longitud 9.84m; Altura 4.1m; Superficie alar 21.83m2. ARMAMENTO: 6 ametralladoras de 12.7mm. CARGA BELICA: dos bombas de 227kg, o ocho cohetes u otras cargas sub alares o depositos de combustible lanzables. COSTO: 1942 de $50 000; 2012 de $2 000 000. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

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Portaviones Nimitz • • • •

Clase de 1975 construido por Northrop Grumman. Desplazamiento de 102 000tn a 30nudos. Motores nucleares Westinghouse con 4 turbinas de 194MW. Tripulacion de 6000 personas y 90 aeronaves.

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Planta de cubierta

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Unidad extravehicular (minicapsula) • Fabricado por ILC a fines de los 60's. • Usado en la misión Apolo 11. • Para caminatas espaciales, viajes y estación espacial. • Traje flexible de varias capas presurizado. • Soporta de -150°C a 150°C al mismo tiempo, radiación, fuego, alta presión interna y “balas”. • Adiconal: casco con visores y sistema de climatizacion interior. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

De sostenes a trajes espaciales

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Historia • Adjudicación: International latex corporation (produccion) – Especialista en ropa interior para damas. • Control por segundo postor ... exigencia de la Nasa: – Hamilton Standard (supervision y consultoria). Consultora de ingenieria contratista de la Nasa. • Hamilton impone diseño: – No se cumplen plazos ni exigencias, licitación perdida. • Nueva licitación: Vuelve a ganar ILC y sola logra producir en tiempo y calidad record ... ¿lección ... para la Nasa?. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Caracteristicas • Exterior: Capa reflectante y aislante, sobre otras capas. – Nomex: permeable y durable ... piel sintética. • Interior: Capas de kevlar (mas resistente que FC) • Prenda de enfriamiento: lycra con malla de tubos para agua. • Sistema vital de vida en mochila: – Recircula oxígeno y sistema de enfriamiento ... ingenioso – Presurizado: fluidos en estado liquido y cerebro irrigado. – Otros: Cableado, limpieza y control de estado. • Peso de 125kg y costo de $10' por unidad. • Color blanco: reflexión y ubicación rápida. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Actualmente ILC

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Resúmen • • • • • • •

Parte esencial en el proyecto ... Diseño. Irremplazable. No descuidar la parte teórica y el conocimiento. Si se usa una herramienta se la debe conocer. Comparar y normalizar resultados. Los costos son importantes. Actualmente la velocidad en la entrega de los proyectos dañan el diseño. • Años de experiencia ... ¿buenas o mal aprendidas? • Solución ... eficiencia y/o trabajo en grupo. MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS