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• luisa aguilar

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR

INTRODUCCIÓN En el diseño arquitectónico y el estructural son inseparables. Un edificio, ya sea un simple albergue o un gran espacio cerrado para la adoración o para el comercio, se forma por medio de materiales que soportan las fuerzas naturales como la gravedad, el viento o el fuego. El sistema funicular q depende de cables para poder realizarse igual que el de carpas y velarias Las velarias son u sistema de construcción que se encuentra dentro del grupo denominado “arquitectura de alta tecnología” este tipo de tecnología es adecuada solamente para cierto tipo de edificios como lo son los edificios de exposiciones, instalaciones deportivas, oficinas, grandes naves. El sistema funicular o también llamado sistema de, membranas se usa como la estructura completa de un edifico, como techo o a manera de toldo para proteger del sol dar realce arquitectónico a la obra. Permite un impacto estético monumental, sobre todo en exposiciones, patios, restaurantes y demás. Los diseños arquitectónicos con membranas tensadas son un verdadero prodigio de imaginación. Evocan la libertad de una carpa de circo y ofrecen la flexibilidad estructural de crear formas que ningún otro material haría posible. Además ofrecen la experiencia particular de la luz difusa del sol en su interior y una acústica y sensación espaciales únicas. Con una estructura ligera compuesta por una membrana textil tensada vinculada a una estructura de anclaje, generalmente por medio de cables, este sistema resuelve los aspectos funcionales, estructurales y estéticos concentrando estructura y cerramiento en los mismos elementos y permitiendo el desarrollo de soluciones creativas para resolver espacios de cualidades no convencionales, otorgando identidad y prestigio a los proyectos.

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SISTEMA FEJEMPLOUNICULAR 2.1.

DEFINICIÓN

Funicular deriva del latín, traducido como “cuerda”. Conocido como forma activa, es una estructura cuya forma responde a las cargas aplicadas de modo que las fuerzas internas resultantes son de compresión o tensión directa. Estructura pre terminada para soportar una carga determinada mediante fuerzas laterales o de compresión. Las estructuras funiculares son aquellas constituidas por sogas, cuerdas o cables que debido a su naturaleza no poseen rigidez, por lo que únicamente pueden absorber esfuerzos de tracción Conformado principalmente del equilibrio local, la cual posee 2 condicionantes esenciales: 

Equilibrio de nudos

 Compatibilidad

2.2.

CARACTERÍSTICAS  Resisten únicamente esfuerzos de tracción pura  La forma responde a las cargas  Cualquier cambio en las condiciones de carga afecta a la forma  Carece de rigidez transversal  Las cargas pueden ser muy grandes en relación al peso propio  Non constituye una estructura auto portante: el diseño exigirá estructuras auxiliares que sostengan los cables a alturas importantes

2.3.

EJEMPLO Las estructuras funiculares son aquellas constituidas por sogas, cuerdas o cables que debido a su naturaleza no poseen rigidez, por lo que únicamente pueden absorber esfuerzos de tracción (FIGURA 1)

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FIGURA 1

2.4.

CONFORMACIÓN

2.4.1. EQUILIBRIO LOCAL 2.4.1. EQUILIBRIO DE NUDOS En cada punto de aplicación de una carga debe haber equilibrio entre ésta y las soluciones de los tramos concurrentes. (FIGURA 2) 2.4.2. COMPATIBILIDAD Cada tramo de hilo debe estar también en equilibrio, por lo que las solicitaciones en sus extremos deben ser iguales y de signo contrario. (FIGURA 2)

FIGURA 2

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 2.5.

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL La forma funicular garantiza la función ya que utiliza el camino o trayectoria que sigue una carga determinada hacia el suelo de manera naturak. Para el efecto es necesario que el elemento estructural transmisor, sea flexible y de escasa sección en relación a su longitud; de manera que la carga no encuentre como obstáculo la rigidez dele elemento en su transmisión. (FIGURA 3, 4)

FIGURA 3

FIGURA 4

2.5.1. VENTAJAS Es preciso o bien que los apoyos sean susceptibles de proporcionar una componente horizontal H de reacción, bien que exista una barra comprimida que las una. 2.5.2. DESVENTAJAS La forma del funicular varía si carían las magnitudes relativas de las acciones del sistema: varía la forma de la estructura, lo que la hace problemática como solución real a emplear en arquitectura. 4

COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 2.6.

UTILIZACIONES PRINCIPALES DEL SISTEMA 2.6.1. EL ARCO

FIGURA 5

2.6.2. SISTEMA DE CABLES

FIGURA 6

2.6.3. LA CATENARIA

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR FIGURA 7

CABLES EN CATENERIA 3.1.

CURVAS FUNICULARES

La catenaria es la forma funicular que adopta un cable sin carga y es determinada únicamente por el propio peso del cable (el cual es uniforme a lo largo del cable). Una parábola es la forma funicular que adopta un cable suspendido con una carga uniforme a lo largo del claro horizontal, sin tomar en cuenta el peso del cable. El término catenaria se usa también más ampliamente para referirse a cualquier miembro suspendido curvado y cargado a lo largo de su longitud son tener en cuenta la distribución exacta las cargas.

FIGURA 8

3.2.

REACCIÓN DE LA CATENARIA

Para una condición de carga dada, la altura de la flecha de una estructura catenaria determina la reacción horizontal (hacia el centro) que se genera. Para condiciones de carga y claros determinados la reacción flecha-claro es una consideración primaria de diseño estructural. Los esfuerzos del cable, longitud y diámetro dependen de esta proporción. En general, las fuerzas del cable son inversamente proporcionales a la flecha; en otras palabras, cuando disminuye la longitud del cable es necesario incrementar el diámetro. La mayoría de los cables usados en estructuras de construcciones para cubiertas tienen la relación flecha-claro de 1:8 a 1:10. Las estructuras colgantes funiculares se pueden dividir en tres categorias:  De curvatura simple 6

COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR  De curvatura de doble cableado  De doble curvatura

FIGURA 9

3.3.

LA CUBIERTA REFORZADA DE FINDLEY

El puente de cubierta reforzada, desarrollado en 1801 por Jamen Findley, fue la llave del desarrolllo en la evlución de los puentes suspendidos. El primer puente de Findley abarcó un claro de 61m. La cubierta reforzada con cadenas de hierro forjado previene los cambios en la forma del soporte bajo cargas en movimiento por la distribución de las cargas sobre una parte larga del claro. E l puente de Findley utiliza la misma geometría básica que se ha usado en todos los puentes suspendidos subsecuentes: dos o más torres soportan un par de cables principales colgantes de los cuales se suspenden cables secundarios verticales que sostienen la cubierta que soporta la autovía. Para balancear las reacciones laterales en la parte superior de las torres, los cables principales se anclan en bloques de concreto sólido (macizos de anclaje) en cada extremo. Para los requerimientos de firmeza vertical (y para distribuir las cargas), la cubierta se debe reforzar lateralmente de modo que resista la deflexión del viento. (FIGURA 10)

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FIGURA 10

Conforme los diseñadores adquirieron confianza, los claros se incrementaron y tanto las torres de soporte como las cubiertas de los puentes se volvieron relativamente ligeras. Cuando se construyó, en 1937, el Puente Golden Gate tenía incorporada una estructura para rigidez lateral, sin embargo, la relación altura a claro de 1:168 fue todavía más baja que en cualquier puente anterior. Un efecto ondulatorio lateral no previsto (incluso con vientos moderados) hizo necesario agregarle 4 262 toneladas métricas (44 700 toneladas) de refuerzo interior lateral a lo largo de toda su longitud.

FIGURA 11

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FIGURA 12

Los antiguos puentes suspendidos son los procedentes de las estructuras de curvaatura simple. Un ejemplo de estos se encuentra en un lugar remoto de la India, y consiste en una sencilla cuerda de bambú retorcido con un claro de 2013m ( FIGURA 11 y 12)

3.4.

FÁBRICA DE PAPEL BURGO

La estructura de techo tipo puente originalmente cubría un área de 7 998m2 y fue utilizada como área para alojar la maquinaria que se empleaba en la fabricación de papel. El claro central de 163.17m se logró con cuatro cables de suspensión prmaria, con cables verticales secundarios soportando el techo plano de acero. Cada estremo está en cantiliver con 42.0m adicionales. El peso muerto de la cubierta del techo se usó para contrarrestar las fuerzas de elevación del viento. Los soportes de concreto dueron marcos rígidos que proveen la estabilidad laterla requerida perpendicular al claron. Tosa la estructura original fue soportada en cuatro pilares de cncreto reforzado 50.02m de altura.

FIGURA 13 9

COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 3.5.

EDIFICIO DE LA TERMINAL DULLES

El edificio de la terminal de Dulles es una combinación de planeación ingeniosa y arquitectura expresiva. El techo está soportado por una hilera de pilones o columnas de concreto separados 12.2m en cada lado tiene 19.8m de alto en el lado de acceso y 12.2m en el lado de las pistas. Esta estructura se asemeja a una gran hamaca suspendida entre arboles de concreto y consiste en pares paralelos de catenarias de cables de acero de 25.4mm de siametro separados 3.5m con paneles de concreto prefabricado entre ellos. El borde externo del techo fue coldao en el lugar conformado el borde de la viga para soportar los tres pares de columnas. Durante la construcción se distribuyeron temporalmente sacos de arena en la cubierta prefabricada con el fin de lograr la curvatura del diseño de los cables. Una vez que se alcanzó la curvatura deseada se colocó concreto alrededor de los cables reforzados los arcos invertidos creados para resistir ( junto con la carga muerta de la techumbre) los empujes ascendentes del viento. Los pilones de conccrerto son grandes columnas en cantiliver enclinadas es sentido contrario al esfuerzo interno de los cables de suspensión. Cada uno de los 16 pilones altos tienen 18.1 toneladas de acero de refuerzo.

FIGURA 14

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 3.6.

ARENA RALEIGH

Esta primera construcción sobrevive como uno de los ejemplos más expresivos de una estructura colgante. Hay una clara destinción entre el arco que soporta la compresión y el techo que soporta la tensión. El techo con forma de la silla de montar no sólo responde a los esfuerzos estrucutrales que lo sonforman sino a las necesidades de espacio de las tribunas cubiertas con capacidad para 5 500 espectadores, a diferencia de un domo, proporciona al mismo espacio sobre sus cabezas a los espectadores de la parte superior como a la los de la inferior. Los cables primarios 8 de dudpensión) tienen un claro de 91m entre los arcos; sus diámetros varían entre 19 y 33 mm e estan espacidos a intervalos de 1.83m. Los cables secundarios se tienden en la dirección opuesta y son los que en principio intentan reducir el empuje ascendente del aire. Los diametros varían en un rango entre 12.7 y 18.3 mm y están también espacidos en intervalos de 1.83 m . Los cables secundarios son preesforzados para prevenir dilataciones en el clima cliente. El metal corrugado del techo de la cubierta se coloca entre los cables primarios y está cubierto de 3.81cm de aislamiento rígido colocado en el techo.

FIGURA 15

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 3.7.

EL ESTADIO OLIMPICO DE MUNICH

Es un sistema de cable de doble curvatura que es como un toldo en comportamiento y apariencia. Este techo culmina una larga progresión de desarrollos de estructuras tensionadas realizadas por Frei Otto y fue la primera que documentó en su libro. Es una estructura de cable pretensado con la característica de doble curvatura para prevenir el aleteo del viento. Consiste en ancha se compone de cables de 25.4 mm (1 pulg) de diámetro arreglados en pares de 50.8 mm (2 pulg) separados en intervalos de 76.2 cm (30 pulg) en cada dirección, con conexiones con abrazaderas en las intersecciones. Estas conexiones con abrazaderas se emplearon también para asegurar los paneles de aerifico y se necesitó un total de 137 000. Los cables de borde son de 78.7 mm (3.1 pulg) de diámetro. Los cables más largos son de 119.3 mm (4.7 pulg) de diámetro y se usan como tirantes (que conectan los cables de borde a la cimentación), como soportes (que conectan los picos a los mástiles superiores) y en la impresionante catenaria maestra del cable principal, de 439 m (1 440 pies) de largo, que soporta la parte frontal. Este cable principal está sometido a cargas de tensión superiores a 4 535 toneladas métricas (5 000 toneladas) y consiste en un paquete de 10 cables de los más largos El soporte vertical primario lo proporcionan doce mástiles tubulares de acero de una altura que varía entre 50.3 a 79.9 m (165 a 262 pies) y hasta 3.5 m (11.5 pies) de diámetro con un espesor de muro de hasta 76.2 mm (3 pulg).

FIGURA 16

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CARPAS ( VELARIAS) Una carpa es una membrana anti clástica en tensión soportada por un arco de compresión o un mástil. Esta es una variación de la estructura de cable de doble curvatura en donde el espacio entre cables se reduce a nada y la superficie se convierte en una membrana continua. Es una carpa el tejido lleva todos o parte de los esfuerzos de tensión. Las carpas pequeñas hechas de tejido en su totalidad son soportadas típicamente por mástiles (columnas), o arcos. Cuando aumenta el claro las fuerzas de tensión de la membrana aumentan y el área de superficial se debe subdividir con cables que lleven las cargas de tensión

principales

con

la

tela

extendida

entre

los

cables.

Si el borde de una carga es flexible (no amarrado) su forma usual es una curva cóncava asegurando que permanece en tensión. Como el borde es una región de altos esfuerzos, este es usualmente reforzado con cable que continua hasta el punto de anclaje. El punto de anclaje, puede estar conectado a un cable tirante (el cual transmite las fuerzas de tensión o la cimentación), o esto puede ser soportado por un mástil o un elemento de compresión (el cual transmite las cargas de compresión al terreno).

 Se seleccionan por si resistencia a la elasticidad bajo carga  Formas aerodinámicas  Se busca la Estabilidad con el Viento y se Calcula sus Esfuerzos por Tensión.  SOPORTES Las pertenecen a la misma familia de las estructuras con soporte central como los puentes colgantes y los cantiléver soportados con doble cable. Éstas son fáciles de soportar por mástiles, pero esto puede ser no deseable desde el punto de vista funcional por razones no estructurales.  MATERIALES Tradicionalmente se ha considerado que las carpas son adecuadas sólo en estructuras temporales debido al deterioro que sufren las telas por la prolongada exposición a la luz solar. El desarrollo de nuevos tejidos y recubrimientos para carpas minimizan el deterioro causado por la luz solar, ha aumentado su vida útil a más de 20 años lo cual los vuelve aplicables incluso a estructuras permanentes 13

COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR  Fibra de Vidrio  Teflón de Dupont  Tela Aislante e impermeable

4.1.

CARPAS CON VARIOS SOPORTES DE COMPRESIÓN 

Mástiles externos

FIGURA 17



Mástiles internos

FIGURA 18



Arcos Internos

Figura 19 14

COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 4.2.

EJEMPLOS

4.2.1. VELARIA YURIA

FIGURA 20

4.2.2. VELARIA TAMASIA DEL REY

FIGURA 21

4.2.3. FACULTAD DE ARQUITECTURA, USAC

FIGURA 22

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR 4.2.4. VELARIA VALLS DE SANTIAGO UTSOE

FIGURA 23

4.3.

BORDES O LIMITES Si los bordes de la carpa son flexibles por lo común están reforzado con cables. Esto toma una forma cóncava particular como resultado de los patrones de esfuerzos de la membrana y los sistemas de soporte de la estructura. Los bordes rígidos como muros, vigas y arcos pueden tomar cualquier forma siempre que se cree una curvatura útil a lo largo del borde de la membrana y puedan resistir los esfuerzos que esta produce.

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COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR FIGURA 24

4.4.

TERMINAL HAJ Berger asociados, ingenieros estructuristas Fue diseñada para alojar 950,000 peregrinos que visitarían la Meca en 1985. La capacidad de la terminal en cualquier momento es de 50,000 pasajeros en un periodo de 18 horas durante la llegada y de 80,000 pasajeros por periodos mayores de 36 horas durante los despegues. En el diseño de la terminal los arquitectos regresaron a la estructura tradicional nómada de la región, la tienda del beduino. El diseño de la terminal es también respuesta a la ciudad de carpas construidas en forma temporal para las semanas del peregrinaje en el valle de mena cerca de la meca. Cuando los diseñadores visitaron el área aprendieron que los nativos sabían desde tiempo atrás que era preferible estar bajo la sombre de una sombrilla en el intenso calor del desierto que encerrado en un edificio caliente. También reconocieron que el aire acondicionado mecánico y la iluminación del edificio del tamaño que se necesitaba para la terminal serian extraordinariamente caros considerando en especial el poco tiempo del año que se usaría todas estas consideraciones llevaron a la decisión de construir un techo tejido transparente que permite el paso de suficiente luz de día para iluminar la terminal. En la noche, el techo se convierte en una superficie que refleja las luces montadas en los pilones. Con lines de enfriamiento la forma y altura de las carpas utilizan la convección térmica natural para inducir la ventilación en la parte superior y sacar el calor a través de las aberturas centrales Las carpas combinadas pueden cubrir un área de 427,800 m2, más que cualquier otro techo en el mundo. El módulo básico es una carpa de tela en forma cónica que cubre un cuadrado, La estructura incluye un sistema de lavado del techo diseñado para mantener el tejido con una transmitancia del 8% de la luz del día y un 75% de reflexión solar. La alta reflexión solar junto con la convección natural para la ventilación inducida por las aberturas en la parte superior del vértice ayuda a mantener cómodo al espectador. La lluvia drena hacia afuera a los untos del anclaje inferiores para verter a un área de desagüe perimetral. El cable central del anillo soporta los sistemas de sonido e iluminación. Las luces superiores se reflejan en la parte 17

COMPRESIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA MOORE FULLER SISTEMA FUNICULAR inferior de la carga durante la noche para proveer una iluminación general en las gradas.

FIGURA 25

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CONCLUSIONES  Las estructuras funiculares son aquellas constituidas por sogas, cuerdas o cables que debido a su naturaleza no poseen rigidez, por lo que únicamente pueden absorber esfuerzos de tracción (PAGINA 2)  La catenaria es la forma funicular que adopta un cable sin carga y es determinada únicamente por el propio peso del cable (el cual es uniforme a lo largo del cable). Una parábola es la forma funicular que adopta un cable suspendido con una carga uniforme a lo largo del claro horizontal, sin tomar en cuenta el peso del cable. (PAGINA 6)  Una carpa es una membrana anti clástica en tensión soportada por un arco de compresión o un mástil. Esta es una variación de la estructura de cable de doble curvatura en donde el espacio entre cables se reduce a nada y la superficie se convierte en una membrana continua. Es una carpa el tejido lleva todos o parte de los esfuerzos de tensión. (PAGINA 13)

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ANEXO DE IMÁGENES o FIGURA 1: ESTRUCTURAS CON SUPERFICIE o FIGURA 2: CONFORMACIÓN DEL SISTEMA FUNICULAR o FIGURA 3: TIPOS DE TRANSMISIÓN DE CARGAS DEL SISTEMA FUNICULAR. o FIGURA 4: CARACTERÍSTICAS DE TRABAJO DE SISTEMA ESTRUCTURAL o FIGURA 5: EL ARCO o FIGURA 6: PUENTE DE BROOKLYN o FIGURA 7: CATENARI INVERTIDA EN ARCO DE EERO SAARIEN o FIGURA 8: CURVAS FUNICULARES o FIGURA 9: REACCIÓN DE LA CATENARIA DE DOBLE CURVATURA o FIGURA 10: PRIMER PUENTE DE FINDLEY o FIGURA 11: ANTIGUO PUENTE o FIGURA 12: REACCIÓN DEL ANTIGUO PUENTE o FIGURA 13: FABRICA DE PAPEL BURGO o FIGURA 14: EDIFICIO DE LA TERMINAL DE DULLES o FIGURA 15: ARENA RALEIGH o FIGURA 16: EL ESTADIO OLÍMPICO DE MUNICH o FIGURA 17: MÁSTILES EXTERNOS o FIGURA 18: MÁSTILES INTERNOS o FIGURA 19: ARCOS INTERNOS o FIGURA 20: VELARÍA YURIA o FIGURA 21: VELARÍA TAMSAI DEL REY o FIGURA 22: FACULTAD DE ARQUITECTURA, USAC o FIGURA 23: VELARÍA VALLS DE SANTIAGO UTSOE o FIGURA 24: BORDES DE LA GALERÍA o FIGURA 25: TERMINAL HAJ

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BIBLIOGRAFÍA  https://www.emaze.com/@AWOWRWOR/SISTEMAS-FUNICULARES  https://issuu.com/arquitectomujica/docs/tensoestructuras  https://es.slideshare.net/yanniilarezrincones/sistemas-estructurales-37583019  https://prezi.com/nehu6zhv4ose/estructura-funicular/  https://es.slideshare.net/woodcarmelle/7-sistemas-estructurales-de-formaactiva-el-cable  https://es.slideshare.net/Efra7_10/estructuras-de-cables

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