C1ilafa_con_sonido.ppt

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria

1.a.Introduccin para el diseo de estructuras

Juego de fuerzas y formasTransferencia de fuerzas.Sistema de fuerzasCargasSistema resistenteAnlisis estructural / Diseo estructuralConcebir una estructuraConsideraciones econmicas1.b.Caracterizacin de las estructuras de acero

Estructuras de entramadoEstructura y envolvente

1.c.Propiedades del acero

Propiedades mecnicasSeguridadEsfuerzos de traccin ElasticidadPlasticidadDuctilidadOtras propiedades1.d.Ventajas de la construccin en acero

VentajasDeformacin y rupturaRelacin Masa/ResistenciaOrigen industrialVariedad de seccionesGrandes lucesSeparacin estructura y envolventeSistema de entramadoRehabilitacionesPrefabricacin totalMontaje y prefabricacinToleranciaDesmontaje y re-usoReciclajeCaptulo 01: Diseo de una estructura primariaDuracin presentacin: 35 minutos

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria1.c.Propiedades del acero

Propiedades mecnicasSeguridad.Esfuerzos de traccin. (3)Elasticidad.Plasticidad.Ductilidad.Coeficiente de dilatacin.

1.d.Ventajas de la construccin en acero

Ventajas.Deformacin y ruptura.Relacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.

1.b.Caracterizacin de las estructuras de aceroEstructuras de entramado. (2)Estructura y envolvente.

1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formasTransferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.Solicitaciones pasivas / Solicitaciones activas / Conduccin de esfuerzos hacia el suelo Estacin de trenes suburbanos Hannover (1996) Von Gerkan, Marg und Partner






Punto de aplicacin / Soportes1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzasExperience Music Project, Seattle (2000) Frank GehryMillenium Dome, Londres (1999) Richard Rogers






Magnitudes / Distribucin / Direccin / Puntos de aplicacin 1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzasCargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.Villa dallAlva, Bordeaux (1998) Rem Koolhaas






1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzasCargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria1.b.Caracterizacin de las estructuras de aceroEstructuras de entramado. (2)Estructura y envolvente.





Permanentes / Accidentales1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.CargasSistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.Museo de Ciencia Naturales, Matsunoyama (2003) Tezuka Architects




Forma /Dimensiones / Soportes / Cargas1.d.Ventajas de la construccin en acero


1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistenteAnlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.






Analizar / Disear1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructuralConcebir una estructura.Consideraciones econmicas.






1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructuraConsideraciones econmicas.Mediateca de Sendai (2001) Toyo Ito






Velocidad + facilidad montaje / Costo mano obra / Precisin / Limpieza / Reciclaje1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicasCrystal Palace, Centro de Exposiciones, Londres (1851) Joseph Paxton






Velocidad + facilidad montaje / Costo mano obra / Precisin / Limpieza / Reciclaje1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.1.c.Propiedades del acero




1.b.Caracterizacin de las estructuras de aceroEstructuras de entramadoEstructura y envolvente.

Pabelln USA , Exposicin Universal de Montreal (1967) Buckminster Fuller





1.b.Caracterizacin de las estructuras de aceroEstructuras de entramadoCentro George Pompidou, Paris (1977) Renzo Piano y Richard RogersBMW Welt, Munich (2007) Coop Himmelb(l)auLiviandad

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.1.d.Ventajas de la construccin en acero


1.b.Caracterizacin de las estructuras de aceroEstructuras de entramado. (2)Estructura y envolvente



Uso elementos linealesSeparacin estructura y envolventeHong Kong & Shangai Bank (1986) Norman Foster

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria1.a.Introduccin para el diseo de estructurasJuego de fuerzas y formas.Transferencia de fuerzas.Sistema de fuerzas.Cargas.Sistema resistente.Anlisis estructural / Diseo estructural.Concebir una estructura.Consideraciones econmicas.1.b.Caracterizacin de las estructuras de aceroEstructuras de entramado. (2)Estructura y envolvente.









Propiedades mecnicasSeguridadEsfuerzos de traccin. (3)Elasticidad.Plasticidad.Ductilidad.Coeficiente de dilatacin.

Margen de tiempo en falla




Fase elstica / Ley de Hooke

Modulo de elasticidad del acero1.c.Propiedades del acero

Propiedades mecnicasSeguridad.Esfuerzos de traccinElasticidad.Plasticidad.Ductilidad.Coeficiente de dilatacin.

= = F L AE

Donde

= alargamiento unitario de un materialF = fuerza = alargamiento longitudinalL = longitud originalE = mdulo de elasticidadA = seccin transversal de la pieza estirada

Modulo de elasticidad (E) medio2.100.000 y 1.900.000 kgf/cm 2




Fase elstica / Ley de Hooke Fase plstica1.c.Propiedades del acero





Fase elstica / Ley de Hooke Fase plsticaRuptura1.c.Propiedades del acero






Propiedades mecnicasSeguridad.Esfuerzos de traccin. (3)ElasticidadPlasticidad.Ductilidad.Coeficiente de dilatacin.

Capacidad de volver a la forma original despus de sucesivos ciclos de carga y descarga





Propiedades mecnicasSeguridad.Esfuerzos de traccin. (3)Elasticidad.PlasticidadDuctilidad.Coeficiente de dilatacin.

Deformacin permanente provocada por una tensin igual o superior al lmite de fluencia





Propiedades mecnicasSeguridad.Esfuerzos de traccin. (3)Elasticidad.Plasticidad.DuctilidadCoeficiente de dilatacin.

Capacidad de deformarse plsticamente sin romperseVentajas:Redistribucin altas tensiones localesAlerta sobre altas solicitacionesa fractura dctil b fractura moderadamente dctilc fractura frgil sin deformacin plstica





Propiedades mecnicasSeguridad.Esfuerzos de traccin. (3)Elasticidad.Plasticidad.Ductilidad.Otras propiedades

Coeficiente de dilatacin trmicaacero, 0,012 mm. / m C

Resistencia a la corrosin

SoldabilidadMuseo de Ciencia Naturales, Matsunoyama (2003) Tezuka Architects





Resistencia a distintos tipos de esfuerzos

Deformacin y ruptura.Relacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.

Material / Puesta en obra / Ejecucin / Ciclo de vida





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/ResistenciaOrigen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.

Cubierta del British Museum, Londres (2000) Norman FosterTorre John-Hancock, Chicago (1970) SOM




Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrialVariedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.


Homogeneidad / Comportamientos conocidos + previsibles





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de seccionesGrandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.

Perfil laminado






Perfil laminadoPerfil conformado






Perfil laminadoPerfil conformadoPerfil soldado






Perfil HPerfil IPerfil CanalPerfil nguloTubularPerfil conformado





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes lucesSeparacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.

Aeropuerto de Barajas, Madrid (2005) Richard RogersCubierta del Estadio Olmpico de Munich (1972) Frei Otto





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolventeSistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.

Cmara de Comercio de Berln (1998) Nicholas Grimshaw





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramadoTolerancia.Modificaciones.Desmontaje y reciclaje.

Centro George Pompidou (1977) Renzo Piano y Richard Rogers





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Prefabricacin total.Separacin estructura y envolvente.Sistema de RehabilitacinDesmontaje y reciclaje.

Modificacin de estructurasRefuerzo / aumento de distancia entre apoyos / aadir pisosAdaptacin a nuevos usosAlargamiento de la vida til






Modificacin de estructurasAdaptacin a nuevos usosAlargamiento de la vida til






Castillo en Trevi (1998) Cautili, & MorgantiModificacin de estructurasAdaptacin a nuevos usosAlargamiento de la vida til




Centro Renault, Swindon (1984) Norman Foster1.d.Ventajas de la construccin en acero

Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.

Variedad de secciones.Prefabricacin total





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Prefabricacin total.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Montaje y prefabricacinConstruccin en lugares apartadosEstacin britnica Halley VI, Antartica (2008)





Ventajas.Deformacin y rupturaRelacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Prefabricacin total.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Montaje y prefabricacinConstruccin en lugares apartados





Ventajas.Deformacin y ruptura.Relacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Prefabricacin total.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.ToleranciaModificaciones.Desmontaje y reciclaje.

Precisin en el montajeAeropuerto de Stuttgart (1990)Von Gerkan, Marg und PartnerEstacin de Waterloo, Londres(1993) Nicholas Grimshaw






Precisin en el montajeAeropuerto de Stuttgart (1990)Von Gerkan, Marg und Partner






Precisin en el montajeEstacin de Waterloo, Londres(1993) Nicholas Grimshaw





Ventajas.Deformacin y ruptura.Relacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Prefabricacin total.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Desmontaje y re-uso

740 Rue Bel-Air, Montreal , ABCP and Busby & Associates





Ventajas.Deformacin y ruptura.Relacin Masa/Resistencia.Origen industrial.Variedad de secciones.Grandes luces.Prefabricacin total.Separacin estructura y envolvente.Sistema de entramado.Tolerancia.Modificaciones.Reciclaje

Captulo 01: Diseo de una estructura primaria1.a.Introduccin para el diseo de estructuras

Juego de fuerzas y formasTransferencia de fuerzasSistema de fuerzasCargasSistema resistenteAnlisis estructural / Diseo estructuralConcebir una estructuraConsideraciones econmicas1.b.Caracterizacin de las estructuras de acero

Estructuras de entramadoEstructura y envolvente1.c.Propiedades del acero

Propiedades mecnicasSeguridadEsfuerzos de traccin ElasticidadPlasticidadDuctilidadOtras propiedades1.d.Ventajas de la construccin en acero

Resistencia a distintos tipos de esfuerzosDeformacin y rupturaRelacin Masa/ResistenciaOrigen industrialVariedad de seccionesGrandes lucesSeparacin estructura y envolventeSistema de entramadoRehabilitacionesPrefabricacin totalMontaje y prefabricacinToleranciaDesmontaje y re-usoReciclaje

Captulo 01: Diseo de una estructura primariaBibliografa

Luis Andrade de Mattos Dias (2006) Estructuras de acero. Conceptos, tcnicas y lenguaje, Zigurate Editora.Yopanan C. P. Rebello (2000) A concepo estructural e a arquitectura, Zigurate Editora.Hart, Henn y Sontag (1976) El Atlas de la construccin metlica. Casas de pisos, Editorial Gustavo GiliAlan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank (1992) Architecture and Construction in Steel, E & FN Spon.Schulitz, Sobek, Habermann (1999) Atlante delAcciaio, UTETReichel, Ackermann, Hentschel, Hochberg (2007) Building with steel. Details. Priciples. Examples, Edition Detail.

*Juego de fuerzas y formasUna estructura es un conjunto de elementos que se interrelacionan para desempear una funcin. En el caso de la arquitectura esta funcin es de resistencia frente a las solicitaciones pasivas, peso propio y sobrecargas, y activas, viento, sismo, vehculos, y de conduccin de estos esfuerzos hasta el suelo.Las estaciones de trenes suburbanos de Hannover, en la fotografa de la izquierda y la axonomtrica de la derecha, son un claro ejemplo de una pequea estructura que es posible de descomponer en partes, las cuales muestran de manera sencilla los esfuerzos a los que es solicitada la estructura.*Una estructura describe la transferencia de fuerzas desde su punto de aplicacin hasta los soportes, quedando recogida con diferentes grados de sinceridad y justeza en su forma construida.Los grados de esta sinceridad lo podemos ver con el contraste de dos estructura. El Domo Millenium de Richard Rogers, a la derecha, en que la estructura se hace parte de la expresin y el Experience Music Project de Frank Gehry, a la izquierda, donde la estructura queda oculta y las formas no dan cuenta del recorrido de las fuerzas.Por su parte, la justeza de una estructura entra en directa relacin con su visibilidad y las evidencias que nos entrega de como conduce las cargas y como se optimiza el uso del material.*El sistema de fuerzas de una estructura est definido por las magnitudes, distribucin, direccin y puntos de aplicacin de las cargas ms la posicin de los soportes. En la Villa dall Alva de Rem Koolhaas podemos ver un proyecto en el cual su forma es expresin o da cuenta de un sistema de fuerzas. En la siguiente diapositiva podemos ver el sistema de fuerzas de dicha obra.*El sistema de fuerzas propuesto por Koolhaas para la vivienda es el de una caja elevada y descentrada respecto de su apoyo central, logrando su estabilidad mediante una viga doble T de acero, de la cual cuelga la caja elevada de hormign armado, y que cuenta en uno de sus extremos con un tensor fijado a un cubo de hormign que acta como peso muerto, equilibrando el sistema. En los grficos de la derecha se puede ver el sistema de fuerzas bajo diferentes condiciones. La caja elevada, el apoyo descentrado, la viga superior y el tensor hacia el suelo son los componentes de este sistema. En las siguientes diapositivas se describe cada uno de estos grficos.*En el grfico ampliado se muestra el sistema de fuerzas en su estado permanente, indicndose las cargas en los extremos de la viga y la carga necesaria en el lado izquierdo para equilibrar (400 kN) la viga dado su apoyo central excntrico.*En el grfico ampliado se muestra el sistema de fuerzas en su estado de solicitacin mxima, indicndose las cargas en los extremos de la viga, la sobrecarga en el extremo izquierdo y la carga necesaria en el lado izquierdo, amplificado respecto del sistema de cargas inicial, para equilibrar (1100 kN) la viga dado su apoyo central excntrico.*En el grfico ampliado se muestra el sistema de fuerzas en su estado de solicitacin mnima, indicndose las cargas en los extremos de la viga, la sobrecarga en el extremo derecho y la carga necesaria en el lado izquierdo, reducida respecto del sistema de cargas inicial, para equilibrar (-75 kN) la viga dado su apoyo central excntrico.*Por ltimo, en el grfico ampliado se muestra el sistema de fuerzas en su estado de solicitacin relacionado con la variacin de temperaturas y las dilataciones y contracciones de la barra vertical que equilibra la viga dado su apoyo central excntrico.*Las cargas a que es sometida una estructura se diferencian entre cargas permanentes y cargas accidentales y ellas dependen del uso del edificio, de las condiciones climticas y ssmicas del lugar donde es emplazado.Como ejemplo de las cargas accidentales tenemos el museo de Ciencia Naturales en Matsunoyama de Tezuka Architects, una estructura de acero revestido en acero patinable, es decir, resistente a la corrosin, emplazado en una zona donde en invierno se acumulan mas de 5 metros de nieve, sometiendo a la estructura a una carga de 1,5 Ton/m2.

*El sistema resistente est definido por la forma, las dimensiones, los soportes y las cargas, siendo estos los factores bsicos para el anlisis estructural.

*Para una mayor claridad conceptual se tiene que definir analizar y disear.Analizar es distinguir y separar las partes de un todo hasta llegar a conocer sus principios o elementos.Disear es proyectar y tiene relacin con un acto creativo.La metodologa propuesta en este curso considera que el anlisis de casos es un proceso previo, necesario para informar el diseo de un proyecto.*La concepcin de una estructura no es algo aleatorio o independiente, sino que deriva de una serie de factores y de su consciente y racional variacin. Para ello es fundamental que la concepcin arquitectnica desde su misma gnesis tenga un compromiso con la estructura. Es decir, el diseo de la estructura de carga de una construccin y su resolucin constructiva deriva del concepto arquitectnico. La Mediateca de Sendai, de Toyo Ito, posee una claridad conceptual que se puede ver desde sus primeras intenciones describiendo el edificio como algas marinas danzando en el agua. En el bocetos se puede ver que dentro de un rectngulo hay una serie de figuras verticales de ancho variable que cubren toda la altura del rectngulo. Esas figuras verticales sombreadas se transformaran despus en una anttesis de la columna tradicional, definiendo unos vacos que se extienden por todo el edificio.

*El edificio de la Mediateca se puede reducir a 3 elementos esenciales: placas, tubos y envolvente. La estructura de acero comprende delgadas placas flotantes perforadas verticalmente por tubos entramados de acero ondulantes. La envolvente est constituida por una fachada vidriada sostenida por una leve grilla estructural de cables. En la planta de la estructura, el grfico del extremo izquierdo, se puede observar como el azar expresado en la elevacin tiene un orden constituido por tres franjas en las cuales se disponen las columnas.

*Las consideraciones econmicas reducen las infinitas opciones de diseoUno de los factores que influyen en la eleccin de un material y sus opciones de diseo para una obra es el econmico. Esta seleccin no se reduce nicamente al costo directo del material, sino que tambin se extiende a consideraciones como velocidad y facilidad de montaje y desmontaje, costo de mano de obra, precisin y limpieza en la ejecucin o posibilidades de reciclaje y reutilizacin de los componentes. Otros factores son la durabilidad y la secuencia de ereccin que pueden ser incorporados al proceso proyectual.Un ejemplo de cmo pueden intervenir estas consideraciones econmicas en la eleccin de la materialidad de una obra es el Palacio de Cristal, obra de Joseph Paxton de mediados del siglo XIX. El proyecto inicial, ganador de un concurso, tena como principal materialidad el ladrillo y segn los datos de la poca, se tendra que haber paralizado la construccin en ladrillo en Inglaterra durante un ao para dotar a la obra del material necesario. Teniendo esta consideracin la propuesta de Paxton, en hierro, cumpla con las exigencias de una obra de rpida ejecucin y la necesidad de ser desmontada una vez finalizada la exposicin.*El edificio del Crystal Palace, emplazado en el Hyde Park, era un edificio de grandes dimensiones para la poca; 563 metros de largo por 124 metros de ancho, construido en un plazo reducido de 27 semanas. El edificio, posea una rigurosa modulacin en planta y elevacin, con piezas prefabricadas, unidas rgidamente. El pabelln fue desmontado y rearmado en otro sitio.*Una de las caractersticas ms importantes del acero es que tiende a ser utilizado en estructuras de entramado, en contraste al hormign armado y el ladrillo que por lo general tiende a ser estructuras de masa como se ve en las imgenes de la derecha.Esto radica, por lo general, en que las estructuras de acero son ms livianas que las mismas estructuras en otros materiales.*Los entramados se caracterizan por el uso de elementos lineales que concentran los esfuerzos en barras y nudos. Permiten grande libertades formales y geomtricas, a la par de que abre la posibilidad de la estandarizacin y la optimizacin de los largos y las secciones de los elementos, junto a los nudos.El Centro George Pompidou, en la fotografa de la derecha, de Richard Rogers y Renzo Piano, se caracteriza por una grilla tridimensional compuesta por piezas industrializadas repetitivas, donde los elementos delatan la solicitacin a la que son sometidos por la forma y tamao de su seccin.En el nuevo edificio de la BMW, en la fotografa de la izquierda, de Coop Himmelb(l)au, se puede apreciar el potencial de los sistemas de entramado y los nuevos sistemas de produccin en la generacin de formas complejas.*Es recomendable que en las construcciones en acero se realice la separacin entre estructura y envolvente tanto por razones tcnicas, constructivas como arquitectnicas, siendo esta una de las principales caractersticas que abre las estructuras de acero. Esta diferenciacin expone los elementos estructurales y exige al proyectista dar la real importancia a la legibilidad de la lgica estructural.En el Hong Kong and Shangai Bank, la estructura portante, la estructura del cerramiento y el cerramiento mismo, son todos elementos diferenciados que dan cuenta de su funcin estructural.*En la figura de la derecha, se da cuenta de la estructura primaria formada por unos pilares Vierendeel espaciales, de los cuales cuelgan los entramados de las losas en su zona media reduciendo su luz libre.En la imagen de la izquierda se puede ver en el primer plano el pilar compuesto de la estructura primaria, en un segundo plano los tirantes de los cuales cuelgan las losas y en un tercer plano el cerramiento vidriado. Marcando la profundidad entre estas estructuras se emplaza la celosa horizontal

*Las propiedades mecnicas son las caractersticas ms importantes de los aceros. Estas propiedades corresponden al comportamiento del acero cuando es expuesto a esfuerzos mecnicos. Con esto se determina su capacidad para resistir, deformarse y transmitir esfuerzos mecnicos, datos importantes para el clculo de estructuras con dicho material.*El acero posee un alto grado de seguridad frente al colapso, dado que la falla de los elementos resistentes no es instantnea como en otros materiales ms quebradizos. Adems se trata de un material ms confiable, por que su produccin es industrial en comparacin con otros materiales preparados en obra, con mayores dificultades respecto al control de calidad.

*El acero cuando es sometido a esfuerzos de traccin continuos y que se van incrementando pasa por tres fases las cuales estn representadas en el grfico de la izquierda.La primera, la fase elstica, marcada en el grfico con el rea azul, se inscribe en la ley de Hooke la cual establece que la deformacin es proporcional al esfuerzo o, como se ve en la formula, que el alargamiento unitario de un material elstico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F. La constante de proporcionalidad se llama mdulo de elasticidad y se obtiene con el coeficiente entre tensin y deformacin. La deformacin elstica es reversible, es decir, el elemento solicitado vuelve a su estado original.*Cuando se sobrepasa el lmite de deformacin proporcional, entramos en la fase plstica, en la cual se producen deformaciones crecientes sin aumento proporcional de los esfuerzos. La deformacin plstica es una deformacin permanente.Esta segunda fase se puede ver en el grfico en el rea azul. En un primer tramo de la fase plstica se produce un valor constante de la tensin llamado lmite de fluencia del acero, donde a diferencia de la primera fase, no es lineal. El limite de fluencia es un valor variable dependiendo del tipo de acero. El lmite de fluencia es la constante fsica ms importante en el clculo de las estructuras de acero.*La tercera y ltima fase es la de ruptura. El lmite de resistencia de un material es la carga mxima que soporta un elemento previo a su ruptura. Este limite es mostrado en el grafico con el punto Z.*De la descripcin anterior surgieron dos conceptos: el de elasticidad y el de plasticidad a los cuales agregamos ahora el de ductilidad.La elasticidad de un material es su capacidad de volver a la forma original despus de sucesivos ciclos de carga y descarga.*La deformacin plstica es una deformacin permanente provocada por una tensin igual o superior al lmite de fluencia*La ductilidad de un material es su capacidad de deformarse plsticamente sin romperse. Si la ductilidad de un acero se mide por la reduccin de rea que sufre su seccin transversal ante altas tensiones, un acero ser ms dctil mientras mayor sea dicha reduccin de seccin antes de la ruptura.En la figura superior vemos que el material de la izquierda sufre una gran reduccin de su seccin transversal antes de romperse o sea es un material dctil , a diferencia del de la derecha que sufre rotura con mantenimiento de su seccin transversal por rotura frgil. Dos ventajas son importantes respecto de la ductilidad en el acero:En una estructura de acero la ductilidad permite la redistribucin de altas tensiones locales, Y un elemento de acero dctil al permitir grandes deformaciones antes de la ruptura alerta sobre la presencia de altas solicitaciones.

*Otras propiedades a tener en cuenta son:El coeficiente de dilatacin del acero, que es un factor importante a considerar en el diseo de estructuras de acero sometidas a amplias variaciones de temperatura. Por ejemplo el Museo de Ciencia Naturales en Matsunoyama situado en un clima con una gran amplitud trmica: 45 C en verano y temperaturas bajo cero en invierno. El edificio fue proyectado y construido con posibilidad de expandirse horizontalmente 20 cm mediante unas conexiones flexibles.La resistencia a la corrosin en aceros patinables que poseen una aleacin, por lo general con cobre, que les permite resistir las agresiones del medio atmosfrico debido a la formacin de una ptina protectora en contacto con el medio ambiente. El mismo museo Matsunoyama esta recubierto con un acero patinable, de lo cual da cuenta su envolvente de color caf.Por ltimo, la soldabilidad del acero (fotografa de la izquierda) que permite la unin de dos o ms componentes de un elemento estructural conservando la continuidad del material y sus propiedades mecnicas y qumicas.*La ventajas del acero abarcan tanto el material como su puesta en obra, su ejecucin y su ciclo de vida.Una primera ventaja del acero es su alta resistencia a los distintos tipos de esfuerzos.*La capacidad de sufrir grandes deformaciones antes de sufrir la ruptura (ductilidad).En la fotografa se puede ver la capacidad plstica en el ensayo de una pieza de acero plano sometida a traccin .*Una excelente relacin masa versus resistencia, redundando en un bajo peso propio de la construccin.Por ejemplo, en edificios de gran altura como la torre John Hancock, en la imagen de la izquierda, el acero posee gran capacidad sustentante con pequeo peso de la estructura portante, lo que implica una reduccin en las fundaciones. Se puede comparar esta torre, con su particular sistema de tubo reticulado, donde se utiliz en promedio 44,2 kg de acero por metro cuadrado frente al tradicional sistema de marcos en el que se utilizan en promedio entre 67 y 74 kg de acero por metro cuadrado.Algo similar ocurre en las cubiertas de grandes luces, como la Cubierta del British Museum, en la imagen de la derecha, en la que mediante una forma abovedada se aligeran la dimensin de las barras que lo componen.*Un producto de origen industrial que ofrece garantas de una gestin y control de calidad, que dan por resultado un producto homogneo, de comportamientos conocidos y previsibles.*La posibilidad de elegir variedad de secciones que se acomoden a las solicitaciones exigidas.Los perfiles de acero se pueden obtener por laminado , conformado o soldadoEl proceso de laminado consiste en calentar previamente los semiterminados de acero a una temperatura que permita su deformacin, por un proceso de estiramiento y desbaste, que se produce en una cadena de cilindros a presin llamado tren de laminacin. Estos cilindros van conformando el perfil deseado, hasta conseguir las medidas adecuadas.A la izquierda, se muestra la fabricacin del semiterminado en la colada continua, que tiene forma de tobogn, a partir del acero lquido del recipiente superior. A continuacin, en un plano horizontal, pasa por una cadena de cilindros.A la derecha se muestran los sucesivos pasos que van conformando un perfil canal (U). Estos perfiles laminados, son competitivos en la construccin mediana y pesada en acero.*El perfil conformado se obtiene a partir del procesamiento en fro de productos planos tales como chapas o flejes.En la figura, para mejor ilustracin, se indica el proceso de conformacin por doblado de una chapa. Este proceso es de tipo discontinuo, til para la fabricacin de perfiles complejos y para necesidades especiales. Los perfiles ms solicitados (Z) y/o de geometras ms sencillas (C) se fabrican en una mquina continua de conformacin (su nombre es lnea Yoder) a partir de un fleje. Estos perfiles por tener espesor fino son utilizados en general en la construccin liviana.

*Los perfiles soldados son elemento ensamblados, compuestos por chapa u otros perfiles y por la soldadura de los mismos.La ventaja que tiene este tipo de perfil es que se adeca perfectamente a los requerimientos especficos de diseo, de acuerdo al anlisis estructural que se realice.En general, se utilizan para construcciones pesadas o muy pesadas. La decisin sobre la utilizacin de estos perfiles soldados, respecto de los no soldados, dependen de la disponibilidad en los inventarios de intermediarios, la existencia o no de produccin local de perfiles laminados y del costo de la mano de obra de la fabricacin de los perfiles soldados.Por ejemplo, en EEUU se usan mayoritariamente los perfiles laminados dada la existencia de productores locales y el alto costo de la mano de obra.En Amrica Latina, respecto de EEUU, existe una mayor ventaja comparativa para los perfiles soldados, por el menor costo en su fabricacin, relacionado este con el menor costo de la mano de obra. *Vemos de izquierda a derecha el perfil H, el perfil I, el perfil canal, todos ellos perfiles laminados. El perfil ngulo, de la cuarta imagen, es un perfil conformado. El perfil tubular, en la quinta imagen, es un perfil conformado y luego soldado.Por ltimo, el perfil de la derecha, es del tipo conformado con un recubrimiento de galvanizado.Algunos perfiles laminados pueden ser reemplazados por perfiles fabricados con chapa soldada, aunque esto se hace principalmente para perfiles no estandarizados*Otra de las ventajas de la construccin en acero, es la posibilidad de alcanzar grandes luces con delicadas estructuras, en las cuales la geometra de la seccin se adapta a la distribucin de los esfuerzos. Esto tambin permite gran flexibilidad en el uso de las superficies. Por ejemplo en la cubierta del estadio de Munich de Frei Otto o en el aeropuerto de Madrid de Richard Rogers.*La separacin entre estructura portante y envolvente ofrece la oportunidad de grandes aberturas y diferenciacin en los tratamientos.El edificio de la Cmara de Comercio de Berln, de Nicholas Grimshaw, llamado extraoficialmente el Armadillo es expresin de esta diferenciacin. De unos gigantescos arcos cuelgan las losas. Los cerramientos en algunos casos se adosan a la estructura protagnica y en otros se distancian.*La construccin con sistemas de entramados que facilita y flexibiliza los sistemas de instalaciones.Un caso extremo en esta flexibilizacin de las instalaciones es el Centro George Pompidou de Rogers y Piano donde todas las instalaciones van por fuera del cerrramiento, expuestas.*Rehabilitacin, recuperacin y modificacinLa posibilidad de modificar las estructuras y los cerramientos para recuperarlas o adaptarlas a nuevos usos, permitiendo un alargamiento de la vida til del edificio.La modificacin de la estructura portante puede tener relacin con un refuerzo para admitir cargas mayores, un aumento de la distancia entre apoyos, el aadir pisos a un edificio existente o el suprimir una parte del edificio.*En la fotografa de la izquierda se puede ver el refuerzo de la columna de hormign armado mediante ngulos de acero en las esquinas y perfiles tubulares rectangulares de conexin horizontal que actan como un zuncho. Con este refuerzo se mejora la respuesta a las solicitaciones de compresin y pandeo de la columna, junto con la posibilidad de sobrecargar la losa si lo admite.*La elevacin central y la fotografa de la derecha corresponden a la rehabilitacin y conversin del programa de un castillo del siglo XI, en el pueblo de Trevi, en un centro de informaciones tursticas, un museo arqueolgico y una sala de conferencias.Los pisos y cubiertas del castillo colapsaron hace mucho tiempo.El proyecto implica la incorporacin de un sistema de circulacin vertical y horizontal que reorganizan el edificio. El uso del acero en los elementos sometidos a cargas establece un claro contraste entre los nuevos elementos y aquellos preexistentes. La liviandad y transparencia de la nueva estructura permiten una clara valoracin de los antiguos muros del castillo.En la figura de la izquierda se puede apreciar el detalle de los apoyo de las vigas doble T de acero y como quedan embebidas en el nuevo muro de hormign armado revestido en piedra.*Una unin seca y tiempos cortos de construccin, junto con la posibilidad de una prefabricacin total, desde los elementos estructurales a los revestimientos y las terminaciones.La prefabricacin hace innecesario disponer de grandes superficies a pie de obra.El centro Renault de Norman Foster es un ejemplo en cuanto estructuras diafanas, compuesta por elementos repetitivos y con la posibilidad de extenderse. El sistema estructural se descompone en columnas inscritas en una grilla de 24 metros por cada lado y vigas I alveoladas arqueadas, formando en su conjunto un sistema de portales. Ambos elementos, columnas y vigas, poseen uniones articuladas las cuales son rigidizadas por un sistema de tirantes que reducen las posibilidades de pandeo de la columna y tambin reducen las luces de las vigas y por ende sus secciones.De este modo, el sistema estructural, permite entregar un edificio econmico y flexible para un ajustado programa de uso.*El montaje de una estructura de acero no depende de las condiciones atmosfricas, permitiendo la construccin en lugares apartados.En contraste, para el hormign armado hay limitaciones de fraguado a bajas temperaturas.Como ejemplo tenemos la estacin britnica Halley VI (2008) en la Antrtica, donde las difciles condiciones climticas permiten trabajar solo en l verano, disponindose de un corto perodo de construccinLa estructura primaria, un entramado de acero, y el cerramiento exterior fueron fabricados en ciudad del Cabo, Sudfrica, y despus transportados y montados en la Antrtica. Los recintos interiores y las instalaciones fueron tambin prefabricadas en su totalidad.*En la siguiente serie de imgenes podemos ver el proceso de construccin de un modulo de la estacin Halley VI.En la imagen de la izquierda se puede ver la estructura primaria del modulo, un entramado de acero, construido y montado en ciudad del Cabo, Sudfrica. La estructura, por partes, fue transportada en barco y montada en la Antrtica. En la imagen de la derecha, el entramado de la base se dispuso sobre apoyos hidrulicos con esques para ser desplazado. *En la imagen de la izquierda se ven las habitaciones, que son mdulos prefabricados montados sobre la estructura base. En la imagen del centro, la estructura de acero completa junto con los paneles de cerramiento exterior. Y finalmente a la derecha la estacin terminada.*Respecto de la ejecucin, el acero permite pequeas tolerancias, haciendo que los elementos se adapten con precisin al montaje.Aunque es un caso excepcional, en muchas regiones de Amrica Latina, con los nuevos software de diseo usados en las fabricas ms grandes de la regin y en forma masiva en los pases desarrollados, vinculado a las maquinas de control numrico, se puede lograr la fabricacin de piezas de manera automtica, integrando dentro de software relacionados desde el diseo arquitectnico hasta el montaje.*Un primer ejemplo de precisin es el caso de la estructuras ramificadas del aeropuerto de Stuttgart de von Gerkan, Marg und Partner, y su compleja geometra la cual es ejecutada con precisin mediante nudos moldeados y perfiles tubulares. Los soportes con forma de rbol poseen la ventaja de transferir los esfuerzos en forma normal, es decir a travs del eje del elemento, permitiendo cubrir grandes luces sin apoyos intermedios. En el caso del aeropuerto, entre apoyo y apoyo hay 21,60 metros en un sentido y 32,40 metros en el otro.*La misma precisin se puede ver en la estacin de Waterloo en Londres, donde Nicholas Grimshaw trabaja con una combinacin entre perfiles tubulares y piezas fundidas. Cada uno de los marcos que compone la cubierta de esta estacin es diferente dada su forma en planta (el proyecto ser estudiado en otra seccin) exigiendo una ejecucin precisa. En la imagen de la izquierda se puede ver un detalle de la estructura y la fijacin del cerramiento vidriado. En la imagen de la derecha una vista de la estacin donde se puede apreciar su curvatura en planta.*Desmontaje y re-usoUna interesante ventaja de las estructuras de acero es su posibilidad de ser desmontadas y vueltas a montar en otro lugar. Todo edificio de acero no es monoltico como uno de hormign sino que se constituye por partes que se unen mediante sistemas de conexiones tales como remaches, pernos o soldadura las cuales permiten ser desmontadas.Junto con esto tambin edificios de marcos de acero son apropiados para ser reutilizados dada su flexibilidad. La adaptabilidad de las estructuras de acero, sus cerramientos y particiones interiores permiten al diseador una flexibilidad frente a los usos y la iluminacin natural.El ejemplo de las fotografas consiste en el desmontaje de un edificio industrial de 1851 y la reutilizacin de partes de sus elementos como las vigas reticuladas para la construccin de un nuevo edificio en el mismo sitio.La creciente conciencia del valor que poseen los edificios antiguos junto con el reuso flexible de la totalidad o de partes que lo componen tiene que ser considerada como una estrategia de sostenibilidad que le agrega valor al acero a diferencia de otros materiales.*ReciclajeEl acero cuenta con importantes atributos medioambientales, siendo el material mas reciclado a nivel mundial. El ahorro del reciclaje de acero toca varias factores como la conservacin de la energa y sus fuentes, reduccin de los deshechos slidos, lquidos y gaseosos. El reciclaje tambin colabora con extender y reducir el impacto energtico de la primera extraccin y produccin del material a partir del uso por muchas generaciones de nuevo acero. Un gran porcentaje del acero que se produce en la actualidad proviene de la chatarra.***

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