UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA - FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO

DNCGE8

Ctedra:

ESTRUCTURAS NIVEL 4

Taller: VERTICAL III DELALOYE - NICO - CLIVIO

Gua de Estudio 8: Estructuras NeumticasCurso 2008 Elabor: Arq. Hugo Larotonda Revisin: Ing.Delaloye Fecha: Septiembre2008

ESTRUCTURAS NEUMATICASINTRODUCCION

Cascaras rgidasComo hemos visto hasta ac, las cascaras estudiadas son del tipo rgidas es decir aquellas que estn construidas con materiales que resisten grandes esfuerzos de compresin, traccin y esfuerzos tangenciales. Por lo tanto estas cascaras se materializan preferentemente con hormign armado. Sus formas geomtricas son laminas sinclsticas o anticlsticas segn lo ya visto.

Las cascaras blandas se materializan con telas flexibles de espesores muy chicos que solo resisten esfuerzos de traccin y tangenciales.

La relacin entre la luz a cubrir y el espesor de la membrana (del orden de 1/70000)ha permitido desmaterializar las estructuras de grandes luces, lo que dio lugar al nombre de cascaras blandas. Dentro de este conjunto de estructuras desarrollaremos las :

Estructuras neumticas

Este tipo de estructuras se comenzaron a utilizar a partir de la dcada de 1950 Nacieron como proteccin de equipos electrnicos durante el periodo de la guerra fra. Conforman estructuras superficiales con membranas neumticas ya sea soportadas por aire o infladas por aire con formas de curvaturas del tipo sinclsticas de pequeas y medianas luces. Consisten en una delgada pared de material compuesto que es soportada por diferencia de presin. Estas diferencias de presiones generan en la membrana fuerzas de tensin . Es una estructura tensil en la cual el material es utilizado con gran eficiencia estructural.

PRINCIPIOS BASICOS DE FUNCIONAMIENTO DE ESTE TIPO DE ESTRUCTURAS Dijimos que este tipo de estructuras trabajan por diferencia de presin y que son estructuras tensiles, es decir que trabajan por traccin. Para lograr que esta estructuras funciones debemos tener por un lado una presin interna suficiente para que logre inflar la membrana, y as impedir las fuerzas de compresin en ella, estas fuerzas se manifiestan en forma de pliegues . Es decir que la estabilidad completa se logra cuando todas las partes de la membrana estn bajo traccin. En segundo lugar estos esfuerzos de traccin deben ser resistidos internamente por la membrana, por lo tanto deben ser menores que los mximos admisibles por el material.

P externasuccin presin

T R P interna

L P interna >= P externaMembranas Este material esta compuesto de un tejido interno o capa intermedia que le da la resistencia a la traccin compuesto por una malla de fibra de vidrio, y dos caras externas de proteccin conformada por tefln. En la parte superior tiene un tratamiento anti polvo que la hace autolimpiante con la lluvia.

A partir de estos principios existen tres tipos de estructuras estabilizadas por aire

P interior infladas por aire sustentadas por aire

hibridas

1. Estructuras infladas por aire o de alta presin.a) Estructuras de nervaduras b) Estructuras de doble pared

a) Estructuras de nervaduras Son elementos convencionales tales como vigas, arcos, columnas, tabiques, constituidos por membranas en recintos cerrados que infladas con aire alcanzan una rigidez suficiente para su funcionamiento. La tela que componen las cubiertas est unida a estos elementos de forma tal que al inflarse producen el tensado de la misma. El comportamiento de estos elementos depende del volumen de aire encerrado, de la presin del mismo, de las caractersticas del material y la forma estructural. A mayor volumen de aire mayor luz cubierta. A mayor modulo de elasticidad del material mayor rigidez de la estructura.

b) Estructuras de doble pared Compuestas por cascaras de doble membranas separadas por un espacio intermedio lleno de aire a presin, nos permiten cubrir espacios de grandes luces. Dicho espacio no esta sometido a presin superior a la atmosfrica, siendo la presin de tesado interior a la estructura la que se encuentra a mayor presin.

Las presiones internas son del orden de 20000 kg/m2 a 70000 kg/m2 (2 a 7 kg/m2).

Su funcionamiento se asemeja a una manguera de incendio, que al estar vaca es aplastable y se puede doblar pero al llenarse a presin, se comporta como una pieza rgida tesando la membrana.

Pabelln FUJI en la Expo Osaka de 1970 Estructura neumtica creada a partir de una planta circular de 50 m de dimetro, conformada por tubos de 1.5 de dimetro a modo de envolvente .

2. Estructuras sustentadas por aire o de baja presionCompuestas con una sola membrana rigidizada por el volumen de aire interno que conforma el espacio arquitectnico sometido a una sobrepresion (Pi) de muy bajo valor. Permiten cubrir luces muy grandes , presin del orden de 2g/cm2 a 4g/cm2 ( 20kg/m2 a 40kg/m2). Las formas geomtricas de este tipo de estructuras son esfricas o cilndricas constan de aberturas para el control del volumen interno de aire y equipos sopladores para mantener una presin constante. Esta situacin hacen que el sistema sea inconveniente desde el punto de vista energtico/ sustentable. Este tipo de estructuras se las denominas de perfil alto es decir la geometra que las genera es marcadamente esfrica o cilndricas (sucesin de superficies esfricas a lo largo de una recta) Este tipo de estructuras se utilizan para almacenamiento o proteger elementos especficos.

PLANTA Y CORTE DE UNA CUBIERTA NEUMATICA DE BAJA PRESION

Ejemplos de cubiertas Sustentadas por aire

ESTRUCTURAS HIBRIDASDado las limitaciones para cubrir grandes luces con estos sistemas analizados se ha abierto camino otra forma estructural que consiste en combinar distintos sistemas estructurales con elementos ya sea sustentados por aire o infladas. Las posibles variaciones en este tipo estructural estn en vas de desarrollo , habiendo en la actualidad dos obras excepcionales como son el Water Cube de Beijing y el estadio Aliance Arena de Alemania entre otras.

SILVER DOME PONTIAC DETROIT USAInauguracin Superficie Capacidad Dimensiones Propietario 23 de agosto de 1975 Pasto 80.325 espectadores 105 x 68 m Pontiac Stadium Building Authority

ESTRUCTURA DE BAJO PERFIL PLANTA OVAL 159 X 220 m CABLES AUXILIARES 9 + 9 x 3 VIGA DE BORDE PERIMETRAL VENTAJA DE SEGURIDAD REDUCEN RADIOS DE CURVATURA

WATER CUBE JUEGOS OLIMPICOS DE BEIJING 2008

ALLIANZ ARENA ALEMANIA

ANCLAJES La fuerza que ejerce el aire contra la gravedad hace que las membranas que componen la estructura tiendan a elevarse, para contrarrestar este efecto es necesario vincular la estructura al suelo a travs de anclajes. Cualquiera que sea el mtodo empleado para el anclar la estructura, las fuerzas de anclaje deben ser distribuidas uniformemente en todo el permetro del edificio con el fin de evitar las concentraciones de tensiones en la membrana (a menos que esta este reforzada por cables o redes, en cuyo caso el anclaje deber efectuarse en determinados puntos). Dos son los mtodos empleados para contrarrestar esas fuerzas ascensionales: El lastre y el Anclaje positivo en el suelo. MECANISMO DE LASTRE El anclaje a base de lastre se usa principalmente en estructuras del tipo nmade es decir que se van montando en distintos lugares. Como las condiciones del lugar pueden variar considerablemente, deben elegirse en cada caso los mtodos de lastre apropiados.

Lastre de agua

A primera vista, el agua puede parecer ideal como lastre, puesto que su precio es insignificante y se encuentra fcilmente, pero como esta es vulnerable a las acciones vandlicas y a los deterioros accidentales solo vasta un agujero para que peligre toda la estructura. Esto determina la fragilidad que este tipo de lastre presenta. Lastre de tierra

Este mtodo consiste en llenar el tubo del lastre con alguna materia slida como tierra, arena o gravilla. El tubo se une al permetro y se corta a lo largo de su cara exterior para facilitar las operaciones de vaciado y llenado. Una vez lleno el tubo, se ata o une firmemente a la estructura.

Otra variante de este mtodo consiste en excavar alrededor de la estructura una zanja en la cual se coloca la falda o ala que corre en el permetro de la misma estructura; con el subsiguiente relleno de la zanja. Tambin es aconsejable como lastre un material mas denso, como prefabricados de hormign o piedras. Sistema de anclaje en el suelo En este tipo de sistemas la membrana est positivamente atada al suelo en frecuentes intervalos. Las fuerzas de anclaje deben distribuirse uniformemente en la membrana y a lo largo del permetro de la estructura, lo que puede lograrse de varias maneras. Los anclajes del suelo pueden ser clasificados en dos grupos generales: los anclajes de superficie y los subterrneos.

Anclajes atornillados

En estos se remata la membrana con un dobladillo, por el que pasa una cuerda; se toman despus tiras de acero, hierros en ngulo, mangueras o incluso listones de madera y se atornilla, por encima mismo del dobladillo y a travs del tejido, a un durmiente de madera. Esas secciones de acero o de madera forman una faja continua alrededor del permetro y se fijan al durmiente de madera que generalmente est empotrado en hormign.

Manguera en dobladillo

Consiste en un dobladillo abierto, cosido en el extremo inferior de la membrana, con aberturas semicirculares dispuestas a intervalos de aproximadamente 1 metro. En este dobladillo hay insertadas secciones de mangueras que estn fijadas a los anclajes en las aberturas indicadas.

Anclajes catenarios

Consiste en colocar un cable o una cuerda en catenaria en el interior de una vaina de tejido, que se cose en la base del material de la membrana. Esta catenaria se fija directamente a los anclajes, en frecuentes intervalos. Este sistema es muy flexible y resulta til cuando una estructura deba usarse en dos o mas lugares con anclajes dispuesto permanentemente, o cuando en una localidad debe constituirse estacionalmente una misma estructura