TRABAJO: SISTEMAS DE ESTRUCTURAS

1. FORMA ACTIVA

El conocimiento de las leyes de distribución de fuerzas en forma activa es un requisito para un proyecto de cualquier sistema estructural y por consecuencia, es esencial para un arquitecto y de cualquier otra persona interesada en el diseño estructural.

Lo anterior se debe a que las cualidades de la forma activa pueden ser producidas en todos los demás sistemas estructurales, en especial en los sistemas estructurales de superficie activa, donde constituyen un elemento esencial para el funcionamiento del mecanismo portante.

Las principales virtudes de la forma activa son su gran capacidad de cubrir grandes claros, lo cual tiene un significado especial para nuestra civilización, que cada vez demanda mayores espacios libres y constituyen un potencial de formas para futuras construcciones.

La forma de los sistemas estructurales de forma activa, en un ejemplo ideal, coincide con el flujo de los esfuerzos, por lo tanto los sistemas estructurales de forma activa constituyen la trayectoria “natural” de las fuerzas en cuestión.

El mayor problema que presentan estos sistemas es la absorción de los esfuerzos horizontales que se desarrollan en sus extremidades.

◊ Definición

Los sistemas estructurales de forma activa son un material no rígido, flexible, formado de modo definido y soportado por extremidades fijas, además puede soportarse a sí mismo y cubre un gran claro.



2. VECTOR ACTIVO

Los sistemas estructurales de vector activo se caracterizan por la triangulación.

La forma en que trabajan los sistemas estructurales de sección activa es cambiando la dirección de las fuerzas, dividiendo las cargas en diferentes direcciones a través de dos o más barras y las equilibran mediante las correspondientes reacciones.

Para desarrollar las ideas estructurales sobre una base de vector activo, es preciso conocer cómo cambia la dirección de las cargas a través de la descomposición en vectores, siendo útil también para saber cómo se puede controlar su magnitud.

Para que nos sea posible encontrar múltiples posibilidades de las mallas espaciales, es necesario conocer la geometría espacial, las propiedades de los poliedros y las leyes de trigonometría.

Los sistemas de vector activo presentan grandes ventajas como estructuras verticales para edificios de gran altura, además de ello, gracias a las posibilidades ilimitadas para extenderse en tres dimensiones mediante elementos estandarizados, los sistemas de vector activo son una opción muy viable para las estructuras portantes del futuro.



3. SECCIÓN ACTIVA


Como introducción podemos decir que los elementos lineales rectos pueden determinar ejes y longitudes; las vigas lineales son los elementos constructivos mas usados por ser resistentes y flexibles. Además las vigas pueden cumplir funciones estáticas,
Las estructuras de seccion activa han llevado hasta las ultimas consecuencias el mecanismo de la continuidad.
Para la seccion activa se usa una geometria simple como el rectangulo, esta se puede emplear como megaestructura para definir espacios a construir con unidades de otros sistemas estructurales.

4. SUPERFICIE ACTIVA


Los sistemas estructurales de superficie activa son sistemas de superficies flexibles que resisten esfuerzos cortantes, de tracción y de compresión (pero no resisten flexiones). La redirección de las fuerzas se efectúa mediante la resistencia de la superficie y su forma adecuada.
Los elementos del sistema están sometidos a fuerzas que actúan en paralelo con la superficie, o sea, sistemas en un estado de tensiones característico de las membranas.
Su característica estructural fundamental es la estructura portante como delimitación espacial y configuración de la superficie.
Las superficies son el medio más eficaz para definir espacios, ya sea del interior al exterior, de nivel a nivel o de espacio a espacio, pero, no solo son un elemento geométrico, también forman parte de la estructura que mantiene en pie la edificación.
Las superficies estructurales se pueden unir para formar mecanismos que transmiten fuerzas, o sea, sistemas estructurales de superficie activa.
La resistencia superficial frente a compresiones, tracciones y esfuerzos cortantes son la primera característica de dichas estructuras.
El mecanismo portante de una superficie estructural es más eficaz si la superficie es paralela a la dirección de actuación de la fuerza externa (Ejemplo: en el caso de la gravedad, sería vertical). Es menos eficaz cuando la superficie es perpendicular a la fuerza externa (Ejemplo: tomando el mismo ejemplo anterior, sería horizontal).
Hay dos tipos de mecanismos resistentes simultáneos que se activan según la dirección con la cual una fuerza externa actúa: una sería el mecanismo de losa (en casos perpendiculares) y el otro llamado mecanismo laminar (en casos paralelos).

Hay tres tipos de superficies activas:

ESTRUCTURAS DE LÁMINAS

SISTEMAS DE LÁMINAS PLEGADAS







ESTRUCTURAS DE MEMBRANA

5. ALTURA ACTIVA

Los sistemas de altura activa son los rascacielos, básicamente se caracterizan por recoger y transmitir las cargas horizontales; piso por piso, verticalmente hasta el suelo. No tienen un mecanismo específico, cada proyecto es solucionado de acuerdo a la forma que se busque lograr y para esto se requiere tener conocimiento de los mecanismos de forma, vector y sección activa. Para poder desarrollar un rascacielos, debido a que transmiten cargas piso por piso, es necesario que la estructura sea continua, en otras palabras que haya puntos de concentración de cargas. Los puntos de concentración pueden ser:
-Reticular. Uniformemente distribuido
-Perimetral. En el perímetro del edificio
-Nuclear. En el centro del edificio.
-Puente. Las cargas se recogen a través de una estructura de mayor magnitud.
El principal problema de un rascacielos, es que las secciones de los elementos portantes ocupan bastante espacio, así que hay que buscar la mejor de manera de aprovechar el espacio y reducir la sección de los elementos.
El sistema de altura activa es muy complejo puesto que necesita el análisis y estudio detallado de cada una de sus partes, pensando no solo en la función estructural, también en la habitabilidad del edificio y la optimización del espacio, y desde luego no podemos dejar fuera las fachadas de dicho proyecto. Considero que proyectar un rascacielos sería un reto totalmente creativo, puesto que su complejidad yace en resolver la estructura porque estos sistemas como principal característica es que debe ser continuo, además carecen de un mecanismo propio y se debe tener conocimiento de los sistemas de forma, vector y sección activa; puesto que la comprensión de estos nos permitirán reducir la sección y el número de elementos portantes; además de permitirnos aplicar no solo el punto de concentración reticular, que en todo caso considero la más sencilla, sino también la perimetral, la nuclear o puente. Y que en su aplicación podamos experimentar con las formas de las plantas cediéndonos la oportunidad de salirnos del arquetipo “rascacielos”, si a esto le agregamos las nuevas tecnologías con las que actualmente contamos; tales como el programa de aeronáutica Catia, que permite diferenciar formas orgánicas, podemos obtener resultados inimaginables. Así pues volviendo a que es un reto creativo, ya sabemos que antes de proyectar un rascacielos debemos estar bastos de conocimientos, y liberar nuestra creatividad para proyectar un edificio que no solo represente un reto para el arquitecto, sino para la sociedad.
Un ejemplo es el rascacielos de la imagen, “Urban Forest”, del despacho MAD y estará ubicado en China, con una altura de 385m.

Es un claro ejemplo de la aplicación de los conocimientos de los mecanismos activos. Cada planta del edificio es diferente, pero todas salen de un núcleo cilíndrico lo cual da la apariencia de que las plantas están flotando. Cada planta tiene un tramo de voladizo destinado a terraza o espacio común. Más adentro, un muro de cristal cerca la porción de planta dedicada a las oficinas propiamente dichas. Ciertas plantas están dedicadas por completo a jardines o espacios comunes.

6. HÍBRIDOS


El ser humano se ha dedicado a mejorar sus condiciones de vida, buscar protección contra las adversidades meteorológicas, de esta manera surge la necesidad de evolucionar en los sistemas constructivos y es así como hemos llegado a crear estructuras hibridas que están formadas por dos o más sistemas portantes.
Los sistemas híbridos tienen una mayor flexibilidad en cuanto a diseño se refiere, ya que las formas que se pueden lograr son increíblemente extensas.
La superposición y el acoplamiento son dos posibles modos de conexión. Una condición indispensable para conseguir un sistema híbrido es que la función estructural de cada tipo de sistema tenga un rango equivalente. Un ejemplo típico de estructura híbrida es el compuesto por un puente colgante provisto de vigas rigidizadoras. Al cable colgado (formal) se sobreponen las vigas que le dan rigidez (vectorial o masivo): la viga transmite la carga al cable en la distancia marcada por los puntos de acoplamiento y esto le permite funcionar con un alma menor. Al mismo tiempo, el cable se aprovecha de la resistencia a flexión de la viga reduciendo así la deformación producida por las cargas asimétricas. Para conseguir una interacción eficiente es necesario concertar cuidadosamente los distintos grados de rigidez.
Otro ejemplo que ocupa este sistema es el edificio de la Alberca Olimpica en la Ciudad de México.

7. GEOMETRÍA Y FORMA DE LA ESTRUCTURA

En la Arquitectura las formas de las estructuras son formas constructivas que derivan de la función de las estructuras. Las formas de las estructuras están sometidas a las leyes de la gravedad y a la mecánica de la fuerzas, poseen una lógica propia y un lenguaje formal el cual se conoce como la geometría de las estructuras.
En el campo de las estructuras la geometría se entiende como la determinación exacta de las líneas, superficies y volúmenes que posean propiedades para transmitir cargas e influye enormemente en el diseño de la estructura. Las formas geométricas típicas introducen un determinado flujo de cargas para alcanzar un determinado estado de equilibrio bajo acción de fuerzas externas.
La geometría es la teoría que determina los espacios de forma exacta, es por esto que la geometría es el instrumento indispensable que utiliza el hombre para dar forma al entorno material y espacial de las edificación y por consiguiente de sus estructuras. Es a través de la geometría por la cual se puede visualizar e identificar las suposiciones formales sobre objetos materiales, figuras espaciales o relaciones técnicas y después se van a poder transmitir, verificar, optimizar y ejecutar.
Aunque la geometría está sometida a la lógica matemática, esto no impedirá que el arquitecto proyecte de forma creativa y será a través de la geometría mediante la cual pasara de ser una fantasía a la realidad. La geometría tiene tres funciones importantes para el diseño de las estructuras como para el proyecto arquitectónico:
• Funciona como medio para visualizar los resultados de la proyectación.
• Funciona como catalogo de formas prototípicas y de sistemas que desarrollen ideas sobre una estructura.
• Funciona como base científica para investigar el espacio y sus leyes.
Las formas de la estructura en la naturaleza surgieron como reacción de la materia frente a solicitaciones externas e internas bajo la ley del mínimo consumo de energía, y estudiando estas formarse alcanzaran nuevas perspectivas.
Es necesario recurrir a la geometría como instrumento científico al momento de delimitar los espacios y formas. El tener un conocimiento amplio de la geometría es un requisito previo para poder proyectar las estructuras y edificios así con el entorno en donde vivimos.