Grandes Luces 1
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CONSTRUCCIONES II TRABAJO PRÁCTICO N° 4 GRANDES LUCES GRUPO 11 CORTINEZ MARCELA ROLAND AGUSTINA
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CONSTRUCCIONES II
TRABAJO PRÁCTICO N° 4
GRANDES LUCES
GRUPO 11
CORTINEZ MARCELA
ROLAND AGUSTINA
CONSTRUCCIONES II TRABAJO PRACTICO N° 4 GRUPO 11 GRANDES LUCES
GRANDES LUCES Estructuras industrializadas de edificios industriales y de equipamiento
Las exigencias actuales de carácter socio-cultural públicas y privadas se sobreponen al objetivo de
alcanzar la máxima eficiencia.
El sector industrial busca la máxima eficiencia (componentes físicos y económicos).
En los edificios de equipamiento la industrialización es vinculada en muchos casos con innovación
y vanguardia por lo que la eficiencia queda sometida a aspectos compositivos efectistas.
El nexo de unión entre ambos tipos de edificios es la existencia de luces amplias y alturas
superiores a 6 metros.
Con luces amplias no son posibles las estructuras reticulares o los forjados con vigas planas por lo
que el rendimiento de estructuras producidas en obra resulta seriamente disminuido. Cuando las
alturas superan los dos pisos el utillaje de encofrado y apuntalamiento es más complejo y caro, lo
que se traduce en una importante pérdida de rendimiento.
Las características de los sistemas responden en cada caso al conjunto de exigencias específicas
de cada edificio por lo que la variedad tipológica, de sistemas y de metodología es máxima.
Es habitual la coexistencia de tipologías edificatorias cuando el uso principal está complementado
con áreas de uso diferenciado (oficinas, vestuarios..)
La reducción del tiempo de ejecución aumenta el rendimiento debido a la minimización de la
influencia meteorológica y a la posibilidad de reducir los costos indirectos y los gastos generados
de la obra.
El transporte y los medios de producción y de montaje constituyen factores determinantes del
rendimiento de los sistemas industrializados.
TIPOLOGÍAS
Edificios Industriales Constituidos por naves con luces superiores a 10 metros y alturas superiores a 5 metros que se
desarrollan fundamentalmente en planta baja.
-Edificios para uso inespecífico. Los requisitos funcionales básicos son la versatilidad y la variabilidad superficial.
En general son paralelepípedos divisibles.
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-Edificios para uso específico. Son concebidos para un programa concreto por lo que su estructura responde a solicitaciones
definidas completamente o de forma parcial.
El grado de optimización es elevado y se concreta en cada caso. El edificio adopta formas más
complejas teniendo la imagen más importancia cuanto mayor sea el valor de la imagen
corporativa.
Edificios deportivos cubiertos Sin tipología estructural concreta. Esta está determinada por las luces del espacio cubierto, por las
exigencias estéticas y las posibilidades económicas. Si prevalece un objetivo economicista el
grado de industrialización aumenta.
El primer paso consiste en la construcción de un muro perimetral de hormigón , de forma elíptica.
En este muro se apoyara posteriormente las vigas semicirculares que formaran el cerramiento del
edificio y donde se insertaran las correas de la estructura.
Edificios escolares Habitualmente edificios paralelepípedos de entre una y tres plantas con alturas inferiores a los 5
metros organizados interiormente de forma modular buscando la versatilidad frente a los cambios
de la planificación docente. Se recomienda prever la forma de ampliarlos.
Estaciones de servicio Son construcciones abiertas lateralmente, con una cubierta amplia y habitualmente volada. En
general se trata de reducir el número y dimensión de los elementos verticales aprovechando la
situación de los surtidores.
Edificios religiosos Responden en cada culto a esquemas tipológicos consolidados. Al menos en la zona principal de
culto tienen una altura superior a los 5 metros.
En el culto cristiano prevalecen configuraciones con base rectangular y de cruz, con naves
definidas por pórticos.
Edificios comerciales Están formados por uno o varios edificios.
-Los de pequeño tamaño tienen una planta.
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-Los grandes tienen varias.
-Cuando tienen estacionamiento subterráneo la modulación estructural está definida por las
exigencias de estacionamiento.
Viviendas Generalmente sometida a exigencias socio-culturales, utilización como valor de cambio:
-Se sobreponen al objetivo de la máxima eficiencia y la innovación
Estructuras industrializadas de acero Es utilizado en todos los sistemas. En los comprimidos resulta muy afectado por el efecto de
pandeo (debido a su menor masa y por lo tanto mayor esbeltez de los elementos en secciones
simples).
En los traccionados sólo es superado por materiales compuestos formados por fibras sintéticas en
matrices de resinas plásticas (su handicap es la sensibilidad a altas temperaturas y su gran costo).
Sólo en los sistemas flexionados es superado en cuanto a rendimiento global. De todas formas
tanto la madera como el hormigón armado y pretensado alcanzan su capacidad máxima de carga
útil con luces muy inferiores al acero debido a su inferior relación resistencia/peso.
Sistemas 1-Estructuras formadas por pórticos rígidos realizados con perfiles normalizados reforzados con
cartelas en los nudos.
2-Estructuras por pórticos isostáticos constituidos por vigas de celosía
planas y soportes de perfil. Luces medias y grandes.
3-Estructuras formadas por pórticos constituidos por vigas de celosía espaciales y soportes
compuestos o espaciales de celosía.
4-Estructuras formadas por pórticos rígidos de celosía triangulada.
5-Estructuras formadas por mallas espaciales trianguladas: planas, curvas o mixtas.
6-Estructuras tractocomprimidas no autoequilibradas, (atirantadas y colgantes), formadas por un
subsistema continuo traccionado anclado al terreno, soportes comprimidos y vigas o placas
suspendidas del subistema traccionado y apoyadas en los soportes comprimidos.
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Evolución y campo de utilización Estos sistemas evolucionaron a partir de las estructuras adinteladas y de los armazones de puente
y de cubierta realizados con estructura de madera.
-Hitos importantes en su evolución:
La estructura del Palacio de Cristal de J.Paston.
La Galería de las Máquinas, de Dufert y Contamin.
Las estructuras de acero son las más versátiles debido a su relación costo/resistencia, a que su
manipulación sencilla permite mantener inalteradas las características de los elementos iniciales y
adoptar el grado de precisión a cada tipo de ejecución.
El mayor rendimiento de la ejecución de trabajos en taller y la facilidad para realizar trabajos
complementarios en obra con un grado elevado de calidad conducen a una industrialización
máxima de los procesos, limitada casi exclusivamente por las posibilidades de transporte y el
ajuste a elementos ajenos al sistema
Componentes Están realizados con perfiles y chapas de espesores reducidos, generalmente mm. El uso de
espesores de varios cm plantea tanto problemas en su producción como en la soldadura de las
uniones. No se realizan elementos superficiales macizos como muros, placas o láminas
estructurales.
Soportes Necesitan una placa de anclaje para transmitir las fuerzas al cimiento. Es
una chapa gruesa con orificios para el paso de los pernos de anclaje y
elementos de rigidización normales a la placa y el soporte para asegurar
la indeformabilidad de la placa. Tienen que permitir alcanzar el grado de
vinculación deseado entre placa y soporte.
Vigas Vigas de alma llena. Se utilizan formando pórticos mediante perfiles
tipificados acartelados en los nudos.
Por limitaciones de transporte se definen tramos concluidos en placas
de conexión para uniones preferentemente atornilladas.
Vigas aligeradas. Realizadas con chapa soldada se usan para
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grandes luces con exigencias de canto limitado, pasos para personas o instalaciones, o por
razones estéticas. Necesitan normalmente rigidizadores de alma y la relación resistencia/costo es
inferior a los elementos de celosía.
Vigas de celosía. Utilizan perfiles diversos para su realización. En
forma de L y rectangulares para luces pequeñas y en forma de I, H, U y
circulares para grandes luces. Cada vez se usan menos los elementos
constituidos por elementos dobles abiertos.
Correas y envigado de segundo orden. Vienen determinados por la luz,
la pendiente de la cubierta y las exigencias del sistema de
arriostramiento. Se utilizan preferentemente perfiles de alma llena. La
continuidad de estos elementos permite aumentar la relación
resistencia/peso pero exige mayor control de las tensiones producidas
por las variaciones térmicas.
Técnicas Las técnicas fundamentales son la soldadura y la unión mecánica mediante
tornillos de alta resistencia. La soldadura se realiza preferentemente en taller y la
segunda en obra y para unir elementos galvanizados.
Las juntas de dilatación de los elementos isostáticos se
resuelven mediante uniones deslizantes o giratorias en la
dirección no restringida. Se utilizan hojas de
caucho/neopreno para coordinar la capacidad de movimiento con la
transmisión homogénea de esfuerzos.
Arriostramientos Preferentemente mediante triangulación. En los elementos sometidos a compresión se usan
preferentemente perfiles cerrados, habitualmente de sección circular.
Elementos auxiliares: Las posibilidades de producción de piezas mecanizadas, cortadas y
soldadas de forma automatizada, con costos reducidos, conducen a una mayor utilización de las
mismas, que redunda en un mejor acabado y fiabilidad. Para piezas con formas complejas se
realizan mediante fundición mecanizada.
Vigas Vierendel Su peor rendimiento mecánico frente a las vigas trianguladas se
compensa por la accesibilidad que permite alojar pasos y espacios con
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la altura de la viga y por lo tanto aprovechar al máximo la altura útil del edificio.
EJEMPLOS DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA METALICA -INSTITUTO DE HISTOLOGÍA Y EMBRIOLOGÍA
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Estructuras industrializadas de hormigón Las estructuras industrializadas de hormigón armado y pretensado para cubrir espacios de gran
luz corresponden siempre al sistema sustentante de masa activa, formado por soportes
comprimidos y vigas, placas, losas o elementos laminares flexionados.
Los soportes son habitualmente de hormigón armado ya que el pretensado no aporta ventajas en
los elementos comprimidos.
La posibilidad del hormigón de adoptar cualquier forma moldeable constituye una ventaja para
conseguir rendimientos constructivos elevados; aunque las exigencias de los elementos dan como
resultado la necesidad de contar con juntas amplias y capas de regularización.
Las estructuras industrializadas de hormigón armado y pretensado responden a patentes
vinculadas a sistemas de producción, armado y unión de piezas, por lo que hay que tener en
cuenta limitaciones y las posibilidades de los sistemas de armado ,moldeo, transporte y montaje.
Se trata siempre de sistemas porticados, normalmente unidireccionales, con uno o dos
órdenes de vigas.
La utilización de cubiertas pesadas o ligeras tiene gran importancia en el diseño de los
sistemas.
1_ Pórticos formados por vigas rectangulares o de sección I apoyadas sobre soportes
aislados. La altura puede alcanzar los 16m. y la luz los 30m. En las
fachadas la luz se
reduce por exigencias del cerramiento. La fachada suele ser de placas
alveolares, placas TT, correas de perfil I e II. Este sistema se cubre con
cubiertas planas o a un agua.
Distancia entre los pórticos entre 5 y 10m.
2_Pórticos formados por vigas triangulares, (delta) apoyadas sobre soportes aislados.
Características similares al sistema anterior; pero pueden alcanzar
mayor luz debido a la mejora mecánica que produce su canto
variable. Por transporte se producen semi-vigas que se unen en obra.
3_ Pórticos formados por vigas Vierendel o trianguladas apoyadas
sobre soportes aislados. Características similares al sistema
anterior; pueden alcanzar mayor luz debido a la mejora mecánica
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que produce la reducción de peso, pero resultan más frágiles y complicadas de manipular y exigen
más mano de obra.
4_ Vigas rectangulares o de secciones I, delta y Y sobre pórticos de vigas rectangulares
o de sección I. Este sistema permite alcanzar luces superiores en las dos direcciones
con una capacidad de carga elevada.
5_ Placas laminares abovedadas apoyadas sobre soportes aislados.
6_ Placas laminares abovedadas apoyadas sobre vigas.
7_ Pórticos formados por soportes aislados y vigas realizadas mediante dovelas postensadas.
-Evolución y campo de utilización Las primeras estructuras prefabricadas de hormigón armado para grandes luces son
relativamente precoces y si no se desarrollaron más fue por la dificultad de transporte.
Las posibilidades de los sistemas aumentan progresivamente en la medida que aumenta la
versatilidad de los moldes y se aumenta su vida útil.
Los conceptos no han evolucionado desde los primeros tiempos de utilización, pero han
aumentado las resistencias de los materiales y optimización en la geometría de las piezas
debido a la mejora del conocimiento del funcionamiento del sistema de transmisión de esfuerzos.
En los edificios industriales, comerciales y de equipamiento deportivo y para espectáculos.
Su mayor resistencia y estabilidad al fuego sin tratamientos adicionales, las bajas exigencias de
mantenimiento… Su imagen dura y acabado tosco se consideran cada vez
mas una virtud.
- Componentes: Cimientos:
La utilización de zapatas prefabricadas aisladas es
inusual. Generalmente se realizan cimientos in situ
con unión a los soportes con cálices y vainas que se
rellenan con mortero sin retracción. La utilización de
placas de anclaje metálicas permite alcanzar un grado
de rigidez máximo, pero exige la intervención de soldadores en fases no
habituales.
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Soportes: Generalmente sección cuadrada con lados modulados cada 10 cm.
Pueden tener una o varias plantas y el enlace con las vigas y placas se realiza sobre la
cara superior o mediante ménsulas. También puede
realizarse el enlace mediante piezas de acero atornilladas al
fuste.
Pueden enlazarse fustes mediante la utilización de barras
roscadas, con manguitos, y
placas atornilladas o soldadas, pero por lo delicado del
proceso se prefiere ralizar fustes de una sola pieza.
Pueden industrializarse soportes con formas diversas con
limitaciones del material constructivo y los medios de
producción y de transporte y con el sobrecosto que implica la
confección de moldes específicos.
Vigas: Los elementos de pequeño tamaño se construyen con secciones rectangulares.
Con luces medias , habituales en edificios industriales, se utilizan vigas con sección I.
Las mayores luces son cubiertas con vigas de
sección Y y V, con la que se pueden alcanzar
los 45m de luz.
( si se desea reducir el canto de la viga se va a
secciones de T invertida y de L).
Losas y placas de techo: Normalmente estos espacios se cubren con
elementos ligeros, generalmente metálicos,
pero por razones de mantenimiento y estabilidad al fuego tambien se utilizan cubiertas pesadas.
Uno de los campos de uso más habituales para los elementos estructurales prefabricados de masa
activa es el de los graderíos para espectáculos, para los que
se utilizan elementos con secciones L y Z.
Vigas Trianguladas: Se utilizan poco por la exigencia del proceso.
Vigas Vierendel y Perforadas: Permiten una mayor accesibilidad a su través que las vigas
trianguladas; aunque con peor rendimiento mecánico.
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Elementos Abovedados: Tienen la ventaja del buen comportamiento mecánico y el inconveniente
de la mayor
dificultad en todos los procesos. Los elementos con configuración
semicilíndrica
permiten salvar luces importante, incorporar elementos de iluminación y
ventilación sin un segundo orden estructural.
EJEMPLOS DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA DE HORMIGON - Bodega Salentein
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Estructuras industrializadas de madera Hasta bien entrado el siglo XX, las estructuras de madera eran las más utilizadas para
la cubrición de grandes espacios.
El mayor desarrollo de las tecnologías del hierro y del hormigón, la incorrecta consideración de la
afección del fuego dejó a las estructuras de madera en desuso.
Los sistemas constituidos por pórticos de madera laminada, formada por tablas encoladas, son
utilizados número creciente en edificios comerciales y de equipamiento por su calidez ambiental,
su comportamiento frente al fuego y sus características higrotérmicas.
La madera laminada es un material compuesto, (madera y resina de resorcina, urea
formaldehído o epoxi), que evita los inconvenientes de la madera enteriza para la cobertura de
grandes luces.
Las dimensiones de las piezas quedan determinadas por los medios de transporte y las
características del utillaje destinado a la fabricación, no por sus características mecánicas.
Ventajas: • En el proceso de fabricación se eliminan muchos defectos del material,
por lo que aumenta su seguridad.
• Se reducen al máximo las deformaciones debidas a diferentes causas.
• Permite utilizar elementos auxiliares de unión con gran capacidad mecánica.
• Buena relación resistencia-peso
• Mayor eficiencia energética y ecológica
Exigencias: • Debido al origen orgánico de la madera, es vulnerable a los ataques biológicos,
particularmente en ambientes saturados permanentemente de humedad.
• En ambientes normales, se exige la inspección de:
- Deformaciones y fisuras
- Elementos auxiliares de unión
- Empotramientos y puntos ocultos
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- Sistemas: Los sistemas más utilizados actualmente son los siguientes:
1_ Estructuras formadas por pórticos rígidos realizados con piezas de sección variable.
La unión en obra de las piezas se realiza mediante
elementos auxiliares de acero.
El arriostramiento se realiza mediante la triangulación
de los cuadriláteros formados por los pórticos con las
correas y montantes de los cerramientos. En edificios
de luces pequeñas y moderadas.
2_ Estructuras formadas por pórticos articulados relizados con piezas de sección variable.
Las articulaciones se realizan mediante elementos
auxiliares de acero. Se utilizan para edificios con medias
y grandes luces y resistencias al fuego elevadas.
3_ Estructuras formadas por arcos de sección constante o variable, articulados o rígidos.
Las articulaciones o uniones se realizan mediante
elementos auxiliares de acero. Se utilizan para edificios con
medias y grandes luces.
4_ Estructuras formadas por pórticos articulados o rígidos de celosía planas.
Se utilizan con luces medias y grandes. Los
elementos de arriostramiento están relacionados con
la distancia entre pórticos y correas en función de las
exigencias mecánicas.
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5_ Estructuras formadas por mallas espaciales trianguladas planas.
Se utilizan para espacios de grandes luces. Son
estructuras muy rígidas y no necesitan
arriostramiento en los planos definidos por la
malla.
6_ Estructuras formadas por mallas espaciales trianguladas curvas en forma de cúpula o de lámina comprimida.
Se utilizan para espacios con grandes luces. Pueden estar
constituidas por una sola capa o lámina o por dos capas con
celosía intermedia.
7_ Estructuras formadas por mallas espaciales trianguladas curvas en forma de membrana.
Se utilizan para espacios con grandes luces. Están
constituidas por una sola capa triangulada.
8_ Estructuras tractocomprimidas no autoequilibradas (atirantadas y colgantes).
Están formadas por un subsistema continuo traccionado anclado al terreno, soportes
comprimidos y vigas o placas suspendidas del subsistema traccionado y apoyadas en los soportes
comprimidos.
El subsistema traccionado puede estar formado por cables o barras. La rigidización de estas
estructuras aprovecha fundamentalmente los soportes y el sistema de atirantamiento entre los
soportes y el anclaje en el terreno
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-Evolución Las estructuras de madera para grandes luces fueron rápidamente desplazadas
por las estructuras de hierro, cuyas técnicas de montaje resultaban más
sencillas, resistentes y seguras.
El desarrollo de la tecnología para fabricar piezas auxiliares de conexión metálicas
ha sido determinante para renovar la tecnología de las estructuras de madera.
La creación de factorías destinadas a piezas de tamaño medio, competitivas
respecto a las de acero u hormigón, y el posicionamiento social respecto a la
sostenibilidad edificatoria contribuyen a un crecimiento de este tipo de estructuras.
Campo de utilización
Es más amplio que el de las estructuras de acero, aunque la existencia de un
costo inicial de inversión superior al de éstas limita su utilización a situaciones en las que
las
exigencias impiden la utilización del acero o reducen su rendimiento global.
- Componentes: • SOPORTES:
Cuando no forman parte de un
pórtico rígido están formados por
piezas simples o dobles de sección
cuadrada o rectangular provistos de
una base de hormigón o acero que
la aíslan del suelo, en el que nunca deben quedar
empotrados.
(Es frecuente la utilización de estructuras mixtas en la que los soportes son de hormigón armado y
el resto de la armadura de madera.)
• VIGAS: Las vigas de madera laminada tienen habitualmente
sección rectangular esbelta, ya que resulta más eficaz
resolver la esbeltez mediante la rigidización del
arriostramiento. Cuando las luces son grandes las
secciones de las vigas se ajustan a las necesidades
mecánicas dando lugar a secciones variables.
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Tanto si las vigas están apoyadas, articuladas o rígidamente unidas a soportes u otros elementos
estructurales, los elementos de unión son metálicos y están unidos a las piezas de madera
mediante fijaciones mecánicas, (tornillos, placas perforadas, placas dentadas, anillos, rótulas...).
Es frecuente la unión de piezas mediante fijación lateral en lugar de por testa.
• PÓRTICOS: Están constituidos por elementos simples o dobles de
sección variable. En su configuración resulta fundamental
el
estudio del sistema de transporte, aunque se han llegado a
fabricar piezas de hasta 60m de longitud.
• FORJADOS: Se realizan con piezas enterizas o laminadas de sección constante rectangular. Normalmente se
unen lateralmente a las vigas o pórticos en lugar de apoyar sobre ellos. De
esta forma se reduce la altura de la armadura y se reduce la esbeltez de
alma del elemento principal.
Cuando la distancia entre elementos principales es reducida se pueden
utilizar piezas enterizas apoyadas directamente sobre los elementos
principales, con lo que se evita la utilización de elementos auxiliares
costosos.
• ARRIOSTRAMIENTOS: Se utilizan elementos de sección rectangular, cuadrada o incluso circular
atendiendo a las exigencias mecánicas de
cada caso.
• ARCOS: Al margen de su directriz curva sus características no difieren
sensiblemente de las de las vigas o los pórticos.
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• VIGAS Y PÓRTICOS TRIANGULADOS: Se utilizan normalmente piezas de sección
constante. Cuando las dimensiones de las piezas
son reducidas se puede utilizar madera enteriza,
aunque resulta menos fiable que la madera
laminada. Las uniones son realizadas mediante
piezas auxiliares metálicas.
• VIGAS VIERENDEL: No son utilizadas habitualmente. El gran canto de los cordones
horizontales, la mayor complejidad de los nudos y el menor
rendimiento, respecto a las vigas trianguladas, las convierten en
poco atractivas como propuesta estructural.
• ESTRUCTURAS TRIANGULADAS ESPACIALES: Las características difieren poco de las correspondientes metálicas. A diferencia de éstas, cuentan
siempre con piezas auxiliares para resolver los nudos.
EJEMPLOS DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA DE MADERA
Parroquia Nuestra señora del Carmen
CONSTRUCCIONES II TRABAJO PRACTICO N° 4 GRUPO 11 GRANDES LUCES
Bibliografía CONSTRUCCIÓN III. 5.º CURSO. AÑO 2.008-2.009
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE SAN SEBASTIAN. UNIVERSIDAD
DEL PAÍS VASCO
