MASIAS GUILLEN ESTRUCTURAS

Diseño EstructuralMASIAS GUILLEN ESTRUCTURASLima, PeruTel: (51) (01) 7986687Fax: (51) (01) 4728346E-mail:: gerencia@estructuras.infoWeb: www.estructuras.info

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¿En cuál se aplico diseño?¿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 proyectoProceso 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 estructuralProyecto 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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ProyectistaProyectista

• 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.

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DiseñoDiseño

• 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.

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De la necesidad nace ¿...?De la necesidad nace ¿...?

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DefiniciónDefinición

• 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. ... ¿?

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¿Que es la obra?¿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.

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Características de un buen diseñoCaracterísticas 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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HistoriaHistoria

• 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.

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Estado actualEstado 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, 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.

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Errores comunesErrores 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 estructuralEjemplos 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 RomaPanteón 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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CaracterísticasCaracterísticas

• 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 interiorVista interior

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Estructura básicaEstructura básica

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Cúpula de la Catedral de florenciaCúpula 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 aereaVista aerea

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CaracterísticasCaracterísticas

• 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 aéreaVista aérea

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Estructura básicaEstructura básica

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Las torres gemelasLas 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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CaracterísticasCaracterísticas

• 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 básicaEstructura básica

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DetallesDetalles

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DetallesDetalles

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Mustang P-51DMustang P-51D

• Europa Nazi bombardeada por cientos de B17, otros cientos derribadossolucion: avion caza de largo alcance.

• Puso fin a la guerra en europeaII Guerra Mundial.

• Vencio a los aviones dereaccion ME262

• Mejor aviónde todos los tiempos.

• Aceleración, maniobrable,velocidad, estructura solida

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CaracteristicasCaracteristicas

• 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?

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FabricacionFabricacion

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Caracteristicas tecnicasCaracteristicas 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.

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PropagandaPropaganda

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Portaviones NimitzPortaviones 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 cubiertaPlanta de cubierta

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Unidad extravehicular (minicapsula)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.

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De sostenes a trajes espacialesDe sostenes a trajes espaciales

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HistoriaHistoria

• 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?.

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CaracteristicasCaracteristicas

• 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.

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Actualmente ILCActualmente ILC

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ResúmenResúmen

• 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.