CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS

Introducción a la enseñanza del diseño de las estructuras arquitectónicas.

En la actualidad, la enseñanza de las estructuras a los alumnos de arquitectura contiene las experiencias docentes que durante las últimas décadas se han ido acumulando y reinterpretando, no solo en cuanto a lo que al alumno se le debe enseñar, sino también en cuanto a lo que el alumno debe aprender como conocimiento práctico del amplio campo estructural.

Como evidentemente los conceptos estructurales son los mismos para el ingeniero como para el arquitecto, esto derivó durante muchas décadas en la interpretación, de que ante la falta de arquitectos especializados en la docencia de estructuras, fueran los profesionales en Ingeniería los mas indicados para el ejercicio académico de la enseñanza de los cursos de Estructuras, lo cual con

el tiempo, y ante la visión de un grupo de arquitectos preocupados por la necesidad de contar con un conocimiento acerca de las estructuras que le pueda ser útil en el ejercicio del proceso del diseño arquitectónico, fue cambiando al reconocer que dichos conocimientos difieren del objetivo para el que tanto el ingeniero como el arquitecto los utilizan en el cumplimiento de sus competencias profesionales. Mientras el Ingeniero está comprometido con el delicado cálculo cuantitativo de la dosificación de materiales necesarios para resistir las cargas propias de la función arquitectónica, el Arquitecto requiere poseer los conocimientos cualitativos del comportamiento estructural de los diferentes materiales necesarios para sustentar la toma de partido estructural correspondiente a la forma funcional del proyecto arquitectónico que está diseñando.

Esta situación generó, ante la tradicional enseñanza de las estructuras a cargo de ingenieros civiles, que se permitiera, en las últimas décadas, la participación de los arquitectos en la enseñanza del primer nivel de los cursos del área de estructuras (Orientación Estructural, ahora Estructuras I).

La conclusión inicial que tuvo una importante relevancia en el desarrollo de los métodos de enseñanza que se fueron delineando como producto de las investigaciones teóricas y experiencias prácticas en el ejercicio de la docencia de las estructuras, fue el que se

derivó de entender y aceptar que el conocimiento estructural en arquitectura, se encuentra íntimamente relacionado con el proceso del diseño.

En la actualidad, a la luz de esta conclusión debemos plantear la continuación del desarrollo de la currícula del área de estructuras enmarcada en dos grandes capítulos: El de la enseñanza del mecanismo del fenómeno estructural; y, el de los sistemas estructurales para la tangibilización de la forma funcional de los proyectos arquitectónicos.

Los cursos de la asignatura de estructuras deberán proporcionar al alumno conocimientos de nivel básico pero integrales de los dos grandes temas aludidos en el párrafo anterior, con el objetivo académico de darle el suficiente conocimiento estructural para permitirle sustentar, proponer y definir, como parte del proceso de diseño, el o los sistemas estructurales necesarios para la materialización de la forma funcional del proyecto que se está desarrollando.

En el primer gran tema, el del mecanismo del fenómeno estructural, se deberá enseñar las relaciones entre las fuerzas y los materiales, con el objetivo de que el alumno aprenda a sustentar como las fuerzas, que actuando en equilibrio sobre los materiales, deberán ser resistidas sin colapsar.

En el segundo gran tema, el de los sistemas estructurales, se deberá enseñar al alumno los sistemas estructurales básicos con el objetivo de que el alumno aprenda a determinar, a partir de dichos sistemas básicos, los sistemas de coberturas y los sistemas soportes que sustentaran la forma funcional del proyecto.

La enseñanza aprendizaje en los cursos de la asignatura de estructuras deberá ser teórico práctica, de tal manera que la enseñanza teórica se evalúe que ha sido aprendida, a través de su utilización en la sustentación de las características estructurales del tema que sirve como ejercicio práctico.

La naturaleza teórico práctica de los cursos de la asignatura de estructuras deben proporcionarle al alumno el conocimiento teórico sobre el mecanismo del fenómeno estructural, así como, la experiencia práctica para que sea capaz de desarrollar el discurso que sustente la toma del partido estructural del proyecto arquitectónico.

El discurso debe sustentar la intervención de las estructuras en el proyecto arquitectónico, viabilizando la sostenibilidad de la forma funcional mediante la materialización correspondiente.

El mecanismo del fenómeno estructural relaciona las fuerzas con los materiales en condiciones de equilibrio y resistencia, mediante el manejo de los conceptos siguientes:

El equilibrio y la estabilidad, las cargas estáticas y las cargas dinámicas, las cargas axiales y las cargas de momento, las cargas de acción y las cargas de reacción, los ensambles o apoyos, la continuidad estructural, el suelo, la resistencia y la rigidez, los esfuerzos de compresión y tracción, de flexión y corte, la torsión, las deformaciones, la deformación unitaria, el rango elástico, el rango plástico, la tensión unitaria, el módulo de young, la fractura, la energía, la resilencia, los nuevos métodos para calcular la resistencia de los materiales, los nuevos materiales, la nanotecnología.

La asignatura de estructuras deberá proveer al alumno de la metodología que le permita resolver la participación de las estructuras en el proyecto arquitectónico, es decir, que le permita contar con un método que establezca la relación entre la estructura y la forma.

Estructuralmente la forma, sea cual sea su geometría, está compuesta por los sistemas estructurales de los planos de las coberturas, que definen sus espacios y volumetrías, así como, por los sistemas estructurales de los soportes necesarios para el apoyo correspondiente de las coberturas antedichas.

Los sistemas estructurales le permitirán contar al alumno con una selección básica de posibilidades estructurales para materializar la forma funcional del proyecto.

La clasificación de los sistemas estructurales básicos que se le proporcionará al alumno deberá ser la siguiente:

Sistemas estructurales de forma activa, sistemas estructurales de vector activo, sistemas estructurales de masa activa, sistemas estructurales de superficie activa y sistemas estructurales de altura activa.

La arquitectura es un producto de síntesis, en ella se materializa el desarrollo de las civilizaciones en lo humano, artístico y tecnológico.

En la producción de la arquitectura, el conocimiento que organiza a los materiales para que sean capaces de soportar sin moverse, las fuerzas que ponen en peligro la integridad

de la forma funcional, ha sido siempre una variable fundamental en el diseño arquitectónico.

La enseñanza del componente estructural forma parte del conocimiento integral que debe aprender el arquitecto.

Estos conocimientos se han venido enseñando mediante cursos en los cuales se ha procurado de manera sencilla, explicar los conceptos básicos del cálculo estructural. Este método, ha venido siendo aceptado y utilizado para el aprendizaje de los conocimientos sobre la estructura de los materiales.

Los objetivos de los curso de estructuras fueron proporcionando de esa manera un conocimiento elemental y correcto de dichos conocimientos básicos, pero referidos al cálculo y no al diseño de los sistemas estructurales.

Lo que no resolvía este método de enseñar las estructuras era el objetivo fundamental del conocimiento que requería aprender el estudiante: diseñar el adecuado sistema estructural como parte del proceso integral del diseño del proyecto arquitectónico.

El conocimiento de los conceptos básicos del diseño estructural deben procurarle al estudiante de arquitectura, el discurso suficiente y necesario para sustentar el partido estructural correspondiente al proyecto arquitectónico que se encuentra diseñando.

El partido estructural debe sustentar la viabilidad de la forma funcional correspondiente a la materialización de las ideas conceptuales del proyecto arquitectónico.

La propuesta del diseño estructural del proyecto arquitectónico debe permitirle tangibilizar los espacios y los volúmenes correspondientes a las actividades funcionales del proyecto arquitectónico, tanto a nivel de escala como objeto arquitectónico, como a escala de objeto urbano.

El aprendizaje de los conocimientos del proceso de diseño estructural para los estudiantes de arquitectura deben abarcar: los conceptos básicos del mecanismo del fenómeno estructural; los sistemas estructurales fundamentales, así como la metodología de aplicación de dichos conceptos y sistemas en el diseño de la forma funcional del proyecto arquitectónico.

Los conceptos básicos de mecanismo del fenómeno estructural son los referidos a: las fuerzas, que en condición estática, actúan sobre materiales resistentes.

Los sistemas estructurales fundamentales son aquellos que le proporcionan al alumno una visión integral de los sistemas estructurales que se han ido creando, desarrollando y utilizando a lo largo de la historia para satisfacer las diferentes necesidades formales que surgían como requerimientos en la evolución de las civilizaciones. En esta etapa de la enseñanza aprendizaje del proceso del diseño de la estructura utilizamos la importante y reconocida clasificación que el Ing. Heinrich Engel plantea en su obra “Sistemas de Estructuras”: Sistema estructural de forma activa; Sistema estructural de vector activo; Sistema estructural de masa activa; Sistema estructural de superficie activa; y, Sistema estructural de altura activa.

Reflexiones iniciales sobre los conceptos de estructuras para los estudiantes de arquitectura.

Al respecto del término estructura, el Diccionario de la Lengua Española en su 22 edición expresa las siguientes precisiones:

-El concepto de estructurar se refiere al hecho de articular, distribuir, ordenar, las partes de un conjunto, es así que en la actualidad se utiliza este concepto tanto en la arquitectura, como en política, economía, en historia, en informática, etc.

-Las estructuras, en su acepción mas amplia, se refieren a la distribución y orden con que está compuesta cualquier obra de ingenio: un poema, la historia, etc, así como evidentemente la arquitectura.

-En este escenario la estructura arquitectónica se refiere a la distribución, acción y efecto de poner un conjunto de piezas (de madera, acero, concreto, etc.), que ensambladas en orden, materialicen en formas funcionales, las ideas conceptuales del proyecto arquitectónico.

Como evidentemente los conceptos estructurales son los mismos para el ingeniero como para el arquitecto, esto derivó durante muchas décadas en la interpretación, de que, ante la falta de arquitectos especializados en la docencia de estructuras, fueran los profesionales en Ingeniería los mas indicados para el ejercicio académico de la enseñanza de los cursos de Estructuras.

La visión de un grupo de arquitectos preocupados por la necesidad de contar con un conocimiento acerca de las estructuras que le pueda ser útil en el ejercicio de la producción arquitectónica fueron planteando nuevas maneras de entender los conceptos estructurales, al reconocer que dichos conocimientos difieren del objetivo para el que tanto el ingeniero como el arquitecto los utilizan en el cumplimiento de sus competencias profesionales. Mientras el Ingeniero está comprometido con el delicado cálculo cuantitativo de la dosificación de materiales necesarios para resistir las cargas propias de las funciones de las formas arquitectónicas, el Arquitecto requiere poseer los conocimientos cualitativos del comportamiento estructural de los materiales de las diferentes piezas y sistemas necesarios para el diseño de las formas funcionales del proyecto arquitectónico que está diseñando.

De lo expresado podemos empezar a comprender que las estructuras a las que nos referimos en arquitectura, son aquellas que en la metodología del proceso del diseño del producto arquitectónico, tienen la responsabilidad de hacer posibles, viables, sustentables, las formas funcionales de la arquitectura.

Al respecto de las formas funcionales de la arquitectura, para iniciar el estudio estructural de los conceptos básicos del mecanismo estructural de los sistemas estructurales, a partir de los cuales el arquitecto podrá validar las formas funcionales correspondientes a la idealización conceptual de la propuesta proyectual, se propone por razones prácticas para el ejercicio académico correspondiente al curso de Estructuras I, plantear una clasificación que procure abarcar de manera general, las formas funcionales arquitectónicas.

Esta clasificación se basa en el planteamiento de una clasificación previa que es producto del análisis de las maneras de usar, utilizar, consumir, las formas funcionales: el circular y el reunirse.

El usuario del producto arquitectónico es el ser humano vivo que se mueve constantemente de un lugar a otro, circulando y reuniéndose (ritos), para cumplir con los objetivos (mitos), propios de su existencia.

Estas actividades del circular y el reunirse han dado origen desde los inicios de las civilizaciones a las diferentes manifestaciones urbano arquitectónicas y que llegan hasta nuestros días a través de los constantes replanteamiento que la evolución de las técnicas estructurales le han ido proporcionando tanto a los caminos, calles, rampas, escaleras, puentes, etc., así como plazas, estadios, coliseos, templos, viviendas, centros comerciales, etc.

Desde esta la perspectiva de la clasificación de las formas que constituyen el producto urbano arquitectónico, planteamos en: puentes, edificios horizontales,

edificios verticales y ágoras, las formas básicas sobre las cuales iniciar las prácticas correspondientes a la teoría del curso de Estructuras I.

El sistema estructural desde la antigüedad ha formado parte del proceso de creación de espacios y se ha reflejado en las obras arquitectónicas como un elemento manifiesto de evolución, desde la concepción del espacio como experiencia del hombre, hasta la representación de su propia imaginación. Este proceso es estudiado en las edificaciones en donde los elementos estructurales hacen parte de un lenguaje de significados que actualmente evocan los espacios como símbolo de un universo de sentimiento y percepciones.

El sistema estructural utilizado logra no solo cumplir con la función de soportar, sino a la vez contener en cada elemento un código que permite la relación de lo real con lo imaginado, aspecto determinante para concebir los espacios como un vínculo al mundo de la fantasía que a través del tiempo se ha manifestado en el ser humano como anhelos de su propia existencia.

Para proseguir con estas reflexiones iniciales sobre los conceptos propios de las estructuras que deben ser manejado por los arquitectos en sus metodologías o procesos creativos del diseño de los productos arquitectónicos, podemos concluir que dichos conceptos estructurales son los que le deben permitir al arquitecto sustentar la viabilidad de la forma funcional que está proyectando.

Al respecto, se hace necesario precisar que la forma funcional de un proyecto arquitectónico debe de cumplir con dos condiciones fundamentales: que sirvan para las actividades propias de las funciones derivadas de sus conceptualizaciones, para lo cual se hace necesario que dichas formas funcionales se hagan perceptibles, tanto interiormente como espacios, y exteriormente como volúmenes.

Para que suceda lo anteriormente expresado, se hace necesario que en el proceso de diseño se planteen las superficies geométricas que permitan tangibilizar lo antedicho.

Ha dichas superficies geométricas las denominaremos coberturas, las cuales podrán ser de techos, de pisos techos, de paredes o bien de pisos. En el caso de que dichas cobertura no posean capacidad de estabilidad y resistencia se hará necesaria la utilización de estructuras de soporte para cada una de las coberturas que así lo necesitaran pudiendo utilizarse desde columnas, vigas, hasta arcos, cables, catenarios o bien arriostrados.

Los conocimientos estructurales del presente curso de Estructuras I, estarán referidos a conocer el mecanismo estructural de las piezas necesarias para el planteamiento de las formas a través de sus elementos de coberturas y sus elementos de soporte, si así lo necesitaran.

El objetivo fundamental del curso es que el alumno lo concluya teniendo un método que le permita de manera básica y elemental sustentar las formas estructurales de sus proyectos, o bien dicho de otra manera: materializar en formas funcionales, las ideas conceptuales que dan origen al sustento a la propuesta del proyecto arquitectónico.

LOS CONOCIMIENTOS INICIALES

Los cursos iniciales de estructuras para los estudiantes de arquitectura le deben proporcionar una enseñanza aprendizaje teórico práctica de los conceptos básicos del campo general de las estructuras aplicados al proceso del diseño arquitectónico.

El conocimiento estructural para un arquitecto no pretende comprobar cuantitativamente las condiciones de resistencia y estabilidad de las formas funcionales previamente diseñadas de acuerdo a la conceptualización de un proceso integro de producción arquitectónica.

El conocimiento estructural le debe permitir al arquitecto el diseño viable de la forma funcional del concepto del proyecto, pre-dimensionándola no a partir de fórmulas, sino de la intuición de la percepción poética de las deformaciones de los diferentes materiales.

La enseñanza de los conceptos estructurales básicos, es la que se refieren a la descripción del mecanismo estructural, que se genera entre las fuerzas y los materiales cuando ambos se relacionan para hacer viables las formas.

En la arquitectura estas formas son funcionales, responden a una conceptualización derivada de un proceso de diseño arquitectónico.

Dichas formas funcionales para su descripción estructural hay que considerarlas a través del artificio que las considera constituidas por espacios (como percepción interna de la forma) y por volúmenes (como percepción externa de la forma).

El aprendizaje de los conceptos estructurales básicos que relacionan a las fuerzas con los materiales, se realiza a través de prácticas que describen el mecanismo estructural de los elementos tangibles que configuran los espacios y los volúmenes de las formas arquitectónicas, propias del diseño arquitectónico.

Los elementos tangibles que configuran la forma son los que corresponden a las coberturas de los pisos, de los techos o de las paredes y en el caso de que dichos elemento no se autoporten, de los soportes necesarios correspondientes.

INICIALES CONCEPTOS BÁSICO DE ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS

LAS ESTRUCTURAS Y LA ARQUITECTURA

LAS ESTRUCTURAS RESUELVEN LAS FORMAS FUNCIONALES DE LAS IDEAS CONCEPTUALES, EN LOS PROCESOS DE DISEÑO DE LOS PROYECTOS ARQUITECTÓNICOS.

LAS ESTRUCTURAS MATERIALIZAN EN ESPACIOS (PERCEPCIÓN INTERNA DE LAS FORMAS) Y VOLÚMENES (PERCEPCIÓN EXTERNA DE LAS FORMAS) LOS LUGARES PARA CIRCULAR O REUNIRSE DE LAS FORMAS FUNCIONALES, MEDIANTE ESTRUCTURAS DE COBERTURAS Y ESTRUCTURAS DE SOPORTES.

LAS ESTRUCTURAS DE LAS COBERTURAS Y DE LOS SOPORTES, SON ORGANIZACIONES QUE RELACIONAN FUERZAS Y MATERIALES EN CONDICIONES DE RESISTENCIA Y DE ESTABILIDAD.

LAS FUERZAS

LAS FUERZAS, EN LAS RELACIÓNES CON LOS MATERIALES, ACTUAN DESDE EL EXTERIOR DE LOS MATERIALES (CARGAS) Y DESDE EL INTERIOR DE LOS MATERIALES (ESFUERZOS).

LAS CARGAS, QUE PODRÍAN ACTUAR EN GENERAL SOBRE LOS MATERIALES, SE CLASIFICAN EN DOS GRUPOS:

ESTÁTICAS Y DINÁMICAS.

LAS CARGAS ESTÁTICAS (APLICADAS SIN VELOCIDAD) PRINCIPALES, SON LAS DENOMINADAS CARGAS MUERTAS Y CARGAS VIVAS.

LAS CARGAS DINÁMICAS (APLICADAS CON VELOCIDAD) PUEDEN SER DE IMPACTO O DE RESONANCIA.

RELACIÓN ENTRE CARGAS Y ESFUERZOS

LAS CARGAS ESTÁTICAS O DINÁMICAS QUE SE APLICAN SOBRE MATERIALES QUE NO SE ENCUENTRAN EN EQUILIBRIO TIENDEN A DESPLAZARLOS CON MOVIMIENTOS RECTILINEOS CUANDO LA CARGAS SE APLICAN COINCIDENTEMENTE CON EL EJE DEL MATERIAL DE LA PIEZA O BIEN TIENDEN A DESPLAZARLOS CON MOVIMIENTOS ROTATORIOS CUANDO LAS CARGAS SE APLICAN TRANSVERSALMENTE AL EJE DEL MATERIAL DE LA PIEZA.

LAS CARGAS ESTÁTICAS O DINÁMICAS CUANDO SE APLICAN SOBRE LOS MATERIALES EN CONDICIÓN DE EQUILIBRIO, COINCIDIENDO CON EL EJE DEL MATERIAL DE LA PIEZA, SE LES DENOMINA CARGAS AXIALES Y LE SOLICITAN AL MATERIAL DE DICHA PIEZA, ESFUERZOS DE COMPRESIÓN O DE TRACCIÓN.

LAS CARGAS ESTÁTICAS O DINÁMICAS CUANDO SE APLICAN SOBRE LOS MATERIALES EN CONDICIÓN DE EQUILIBRIO, TRANSVERSALMENTE AL EJE DEL MATERIAL DE LA PIEZA, SE LES DENOMINA CARGAS DE MOMENTO Y LE SOLICITAN AL MATERIAL DE DICHA PIEZA, ESFUERZOS DE FLEXIÓN Y CORTE.

RESUMEN DE CONCEPTO BÁSICOS ESTRUCTURALES

LAS ESTRUCTURAS QUE ESTUDIAREMOS SON ORGANIZACIONES DE MATERIALES Y DE FUERZAS QUE EN CONDICIONES DE RESISTENCIA Y DE EQUILIBRIO ENTRE ELLOS CREAN UN MECANISMO ESTRUCTURAL QUE PERMITEN TRANSMITIR LAS FUERZAS QUE APLICADAS EN CUALQUIER LUGAR DE LAS FORMAS PUEDAN HACERLAS LLEGAR HASTA EL SUELO.

LAS ESTRUCTURAS ARQUITECTÓNICAS NOS RESUELVEN LAS FORMAS DE LOS PROYECTOS.

LAS FORMAS DE LOS PROYECTOS ESTÁN COMPUESTAS POR ESPACIOS Y POR VOLÚMENES.

LOS ESPACIOS Y LOS VOLÚMENES SE DEFINEN POR LAS ESTRUCTURAS DE SUS COBERTURAS Y DE SUS SOPORTES.

LAS COBERTURAS Y LOS SOPORTES SE MATERIALIZAN MEDIANTE LA ORGANIZACIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN LOS CUALES MEDIANTE SUS FUERZAS INTERNAS (RESISTENCIA DEL MATERIAL) SON

CAPACES DE RESISTIR LAS FUERZAS EXTERNAS CUANDO ACTÚAN EN EQUILIBRIO SOBRE DICHOS MATERIALES.

LAS FUERZAS EXTERNAS, TAMBIÉN DENOMINADAS CARGAS, PUEDEN TENER VARIAS CLASIFICACIONES.

LA MAS GENERAL DE TODAS SON LAS DENOMINADAS CARGAS DE ACCIÓN Y CARGAS DE REACCIÓN.

OTRA CLASIFICACIÓN LAS CONSIDERA COMO CARGAS ESTÁTICAS Y CARGAS DINÁMICAS.

Y UNA TERCERA CLASIFICACIÓN LAS CONSIDERA COMO CARGAS AXIALES Y CARGAS DE MOMENTO.

LAS CLASIFICACIONES DE LAS CARGAS

Las cargas o fuerzas que actúan desde el exterior y sobre los materiales en las organizaciones estructurales pueden clasificarse de tres maneras básicas.

Si bien en cualquiera de las clasificaciones las cargas siempre son las mismas fuerzas que actúan desde el exterior y sobre los materiales, estas las podemos clasificar de acuerdo a los efectos estructurales que producen sobre los materiales.

Es así que tenemos las siguientes clasificaciones:

Las cargas estáticas y las cargas dinámicas las cuales al aplicarse con diferentes velocidades determinan las intensidades de las fuerzas que están actuando sobre los materiales de las estructuras.

Las cargas de acción y las cargas de reacción, son las cargas estáticas o las cargas dinámicas que al aplicarse de acuerdo a la tercera ley de Newton, obtienen las condiciones

estructurales del equilibrio y la estabilidad que requieren toda estructura.

Las cargas axiales son cargas estáticas o cargas dinámicas, que al actuar sobre el eje del material como cargas de acción y de reacción, anulan el movimiento rectilíneo del material poniendo a prueba las condiciones de resistencia y rigidez del material al solicitarle esfuerzos de compresión o esfuerzos de tracción.

Las cargas de momento son cargas estáticas o cargas dinámicas, que al actuar transversalmente al eje del material como cargas de acción y de reacción, anulan el movimiento de rotación del material poniendo a prueba las condiciones de resistencia o rigidez del material, al solicitarle esfuerzos de flexión, corte o torsión.

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES Y LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES (1)

LAS FORMAS ARQUITECTÓNICAS ESTAN COMPUESTAS POR ESPACIOS (PERCEPCIÓN INTERIOR DE LA FORMA) Y POR VOLUMENES,(PERCEPCIÓN EXTERIOR DE LA FORMA).

LAS FORMAS ARQUITECTÓNICAS SE DEFINEN MEDIANTE LAS COBERTURAS LAS CUALES SON LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE CERRAMIENTOS QUE DEFINEN LOS ESPACIOS Y LOS VOLÚMENES Y LOS SOPORTES LOS CUALES SON LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE SOSTEN PARA LAS COBERTURAS QUE CAREZCAN DE. LA PROPIEDAD DE SER AUTOPORTATES

LAS FORMAS ARQUITECTÓNICAS SE DEFINEN POR PIEZAS DE GEOMETRÍA BIDIMENSIONAL PARA LAS COBERTURAS Y POR PIEZAS DE GEOMETRÍA UNIDIMENSIONAL PARA LOS SOPORTES.

EN EL CAMPO DE LAS ESTRUCTURAS EL ING. HENRICH ENGELS APORTÓ UNA IMPORTANTE CLASIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES MECANISMOS ESTRUCTURALES EN 5 SISTEMAS ESTRUCTURALES: SISTEMA ESTRUCTURAL DE VECTOR ACTIVO, SISTEMA ESTRUCTURAL DE FORMA ACTIVA, SISTEMA ESTRUCTURAL DE MASA ACTIVA, SISTEMA ESTRUCTURAL DE SUPERFICIE ACTIVA Y SISTEMA ESTRUCTURAL DE ALTURA ACTIVA.

DE ESTOS 5 SISTEMAS ESTRUCTURALES LOS 4 PRIMEROS NOS SON PARTICULARMENTE ÚTILES PARA DETERMINAR LOS MECANISMO ESTRUCTURALES A

TOMAR EN CUENTA PARA VIABILIZAR, TANGIBILIZAR, CONCRETAR O MATERIALIZAR LAS COBERTURAS Y LOS SOPORTES DE LAS FORMAS ARQUITECTÓNICAS.

AL RESPECTO DE LO ANTE DICHO, LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES QUE NOS PUEDEN APORTAR LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES PARA DETERMINAR LOS SOPORTES SON LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES DE VECTOR ACTIVO, DE FORMA ACTIVA Y DE MASA ACTIVA.

MIENTRAS QUE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES QUE NOS PUEDEN APORTAR LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES PARA LAS COBERTURAS SON LOS DE MASA ACTIVA Y LOS DE SUPERFICIE ACTIVA.

EN CUANTO A LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES QUE PODEMOS UTILIZAR COMO SOPORTES Y QUE PROVIENEN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL DE VECTOR ACTIVO, ESTOS PUEDEN SER LOS SIGUIENTES: ARMADURAS PLANAS O TRIDIMENSIONALES, MARCOS ESPACIALES, GEODÉSICAS O TENSIGRITIS.

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS CORESPONDIENTES A ESTOS MECANISMOS ESTRUCTURALES SON LOS SIGUIENTES:

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES Y LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES (2).

EN CUANTO A LOS MECANISMOS QUE TAMBIEN PODEMOS UTILIZAR COMO SOPORTES Y QUE PROVIENEN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL DE FORMA ACTIVA, PUEDEN SER LOS SIGUIENTES: CABLES (CATENARIOS O ARRIOSTRADOS O ATIRANTADOS), ARCOS (DE MEDIO PUNTO, OJIVALES, CATENARIOS, ETC…),COLUMNAS.

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS CORRESPONDIENTES A ESTOS MECANISMOS ESTRUCTURALES SON LOS SIGUIENTES:

LAS CARGAS QUE PUEDEN SOPORTAR LOS CABLES ARRIOSTRADOS O ATIRANTADOS, ASÍ COMO LAS COLUMNAS SON AXIALES, SOLICITÁNDOSE EN EL CASO DE LOS CABLES ESFUERZOS DE TRACCIÓN Y EN LAS COLUMNAS COMPRESIÓN.

EN EL CASO PARTICULAR DE LAS COLUMNAS, ESTAS TAMBIÉN PUEDEN SOPORTAR CARGAS DE MOMENTO, COMO SON LAS QUE PROVIENEN DE LOS SISMOS O DE LOS VIENTOS Y QUE LES SOLICITAN POR LO TANTO ESFUERZOS DE FLEXIÓN Y CORTE.

MIENTRAS QUE EN LOS CABLES CATENARIOS Y EN LOS ARCOS, SI BIEN LAS CARGAS SE APLICAN TRANSVERSALES AL EJE DE ESTOS MECANISMOS, ESTAS CARGAS NO PUEDEN CONSIDERARSE DE MOMENTO SINO AXIALES YA QUE PARA CUMPLIR CON SUS OBJETIVOS DE SOPORTE LAS CARGAS DEBEN DESPLAZARSE A LO LARGO DE LOS EJES DEL MATERIAL DE LOS MECANISMOS, SOLICITANDO ESFUERZOS DE TRACCIÓN EN EL CASO DE LOS CABLES Y DE COMPRESIÓN EN EL CASO DE LOS ARCOS

LOS ENSAMBLES, EN TODOS LOS CASOS SON ARTICULADOS CON EXCEPCIÓN DE LAS COLUMNAS DEBIDO A QUE PUDIENDO SER SOLICITADAS A ESFUERZOS DE FLEXIÓN YCORTE AL SER SOMETIDAS A LA ACCIÓN DE CARGAS DE MOMENTO POR ACCIÓN DE LOS SISMOS O DE LOS VIENTOS, DEBEN SER EN ESTOS CASOS SUS ENSAMBLES FIJOS, TANTO EN LA RELACIÓN CON LAS VIGAS COMO, SOBRE TODO, CON LOS CIMIENTOS.

LAS CARGAS QUE PUEDEN SOPORTAR SON AXIALES Y SOLO SE PUEDEN APLICAR EN LOS NUDOS DEL MECANISMO, LOS ESFUERZOS QUE ESTAS CARGAS SOLICITAN SON DE COMPRESIÓN O TRACCIÓN Y SE PRODUCEN EN LAS BARRAS DEL MECANISMO, LOS ENSAMBLES QUE RELACIONAN A LAS BARRAS EN LOS NUDOS DEL MECANISMO, SERÁN ARTICULADOS, MIENTRAS QUE EN LOS ENSAMBLES QUE SIRVEN DE APOYO CON EL SUELO AL SISTEMA ESTRUCTURAL, SE PUEDEN UTILIZAR ENSAMBLES DE RODILLO.

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS Y LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES 3.

EL SISTEMA ESTRUCTURAL DE MASA ACTIVA POSEE COMO SOPORTES, LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES DE VIGUETAS Y VIGAS.

ESTAS ESTRUCTURAS SON MECANISMOS FUNDAMENTALMENTE UNIDIMENSIONALES, SON ESTRUCTURAS LARGAS Y RECTAS, DENOMINANDOSELE A LA DIMENSIÓN ENTRE SUS APOYOS: LUZ O CLARO.

LA CAPACIDAD RESISTENTE DE LA LONGITUD DE ESTAS ESTRUCTURAS DEPENDE SOBRE TODO DEL ALTO DE LA ESTRUCTURA, TAMBIÉN LLAMADO PERALTE.

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS CORRESPONDIENTES A ESTOS MECANISMOS ESTRUCTURALES SON LOS SIGUIENTES.

AMBAS ESTRUCTURAS POSEEN LOS MISMOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS ,DIFERENCIANDOSE EN LA CAPACIDAD PORTANTE DE CADA UNA Y SE CARACTERIZAN POR TENER LA CUALIDAD DE SOPORTAR CARGAS DE MOMENTO, YA SEAN CONCENTRADAS EN CUALQUIER PUNTO O BIEN REPARTIDAS A LO LARGO DE SU DIMENSIÓN (LUZ O CLARO DE LA VIGA), Y DE TRANSMITIRLAS EQUIVALENTEMENTE A SUS APOYOS CORRESPONDIENTES, MEDIANTE SOLICITUDES DE ESFUERZOS DE FLEXIÓN Y DE CORTE. LOS ESFUERZOS DE FLEXIÓN SON MÁXIMOS HACIA EL CENTRO DE LA VIGA, MIENTRAS QUE LOS ESFUERZOS DE CORTE SON MAYORES HACIA LA UBICACIÓN DE LOS APOYOS.

EN CUANTO A LOS ENSAMBLES, ESTOS SERÁN FIJOS ESTRE LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES DE MASA ACTIVA Y ARTICULADOS CUANDO SE ENSAMBLAN CON ESTRUCTURAS DE SISTEMAS DIFERENTES.

LOS CONCEPTOS ESTRUCTURALES BÁSICOS Y LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES 4.

LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES QUE NOS PUEDEN APORTAR LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES PARA LAS COBERTURAS SON LOS DE : MASA ACTIVA Y SUPERFICIE ACTIVA.

LAS COBERTURAS SON PIEZAS BIDIMENSIONALES QUE PUEDEN SER PLANAS HORIZONTALES O POSEER LAS INCLINACIONES, CURVATURAS O

PLEGADURAS QUE REQUIERA LA FORMA DE LA TIPOLOGÍA DEL PROYECTO ARQUITECTÓNICO.

LAS COBERTURAS PLANAS HORIZONTALES JUEGAN UN PAPEL IMPORTANTE EN LA CLASIFICACIÓN ANTEDICHA, PUES SON LAS ENCARGADAS DE RESOLVER LOS PISOS O ENTREPISOS DE LAS EDIFICACIONES ASÍ COMO DE TODAS LAS SUPERFICIES QUE NECESITEN SER USADAS O TRANSITADAS PEATONAL O VEHICULARMENTE POR EL SER HUMANO.

LAS PIEZAS PLANAS HORIZONTALES DE ESTAS COBERTURAS ESTAN DESTINADAS A SOPORTAR LAS CARGAS VIVAS PROPIAS DE LA AFUNCIÓN DEL EDIFICIO. ESTAS CARGAS VIVAS ACTUAN PERPENDICULARMENTE A ESTAS PIEZAS PLANAS HORIZONTALES, ES DECIR ACTUAN TRANSVERSALMENTE AL EJE DE ESTAS ESTRUCTURAS POR LO QUE ESTAS CARGAS ACTUAN COMO CARGAS DE MOMENTO, SOLICITANDOLE ESFUERZOS DE FLEXIÓN EN TODAS LAS DIRECIONES DEL ÁREA DE LA PIEZA, PRODUCIÉNDOLE DEFORMACIONES DE FLEXIÓN QUE SE HACEN NECESARIO CONTROLAR PARA GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL PISO.

PARA DICHO EFECTO SE UTILIZAN LOS MECANISMOS ESTRUCTURALES DE LAS VIGAS O VIGUETAS, LAS CUALES ORGANIZAN UNA TRAMA DE SOPORTE.

LAS VIGAS Y VIGUETAS SON PIEZAS LONGITUDINALES DESTINADAS A CONTROLAR LAS DEFORMACIONES Y A SOPORTAR LAS CARGAS DE MOMENTO PROVENIENTES DE LAS COBERTURAS Y QUE SON APLICADAS REPARTIDAMENTE A LO LARGO DE SUS LONGITUDES CON LA FINALIDAD DE QUE ESTAS ESTRUCTURAS LAS TRANSMITAN EQUITATIVAMENTE A SUS EXTREMOS, EN DONDE SE UBICAN LOS PUNTOS DE APOYO DE ESTOS MECANISMOS DE SOPORTE.

LAS VIGAS O VIGUETAS SON PIEZAS ESTRUCTURALES PARA RECIBIR CARGAS TRANSVERSALES A SU EJE LONGITUDINAL POR LO TANTO DICHAS CARGAS ACTUAN COMO CARGAS DE MOMENTO SOBRE DICHOS MECANISMOS ESTRUCTURALES, SOLICITANÁNDOLE ESFUERZOS DE FLEXIÓN A LO LARGO DE SU LUZ O CLARO Y ESFUERZOS DE CORTE CERCA DE SUS EXTREMOS.

LOS ENSAMBLES ENTRE LAS ESTRUCTURAS DE LAS COBERTURAS Y LAS VIGAS O VIGUETAS SERÁN FIJOS, MIENTRAS QUE ENTRE LOS EXTREMOS DE LAS VIGAS Y VIGUETAS Y LOS PUNTOS DE APOYO DE LAS ESTRUCTURAS DE SOPORTE SERÁN ARTICULADOS.

Como se definen las formas de los espacios y de los volúmenes?

Se definen mediante elementos de cobertura que determinan los espacios y volúmenes y elementos de soporte de los elementos de cobertura.

Cómo se compone estructuralmente la forma funcional arquitectónica?

De los subsistemas estructurales de los elementos de coberturas y de los subsistemas estructurales de elementos soportes, ambos subsistemas estructurales crean el sistema

estructural propio y exclusivo de la obra que da origen a la forma arquitectónica.

Qué significa estructura en general?

Organización.

De qué estructura u organización en particular se trata cuando nos referimos a objetos utilitarios incluida la arquitectura?

Se trata de estructuras u organismos que relacionan las diferentes fuerzas que actúan juntas con los materiales que al adoptar formas funcionales son capaces de resistirlas manteniéndose en

equilibrio.

Qué relacionan las estructuras?

Fuerzas y Materiales.

Qué condiciones deben cumplir estas relaciones?

Equilibrio y Resistencia.

En la condición de equilibrio como se relacionan las Fuerzas con los Materiales?

En la condición de equilibrio, las fuerzas se relacionan con los materiales, que actuando desde el exterior de los materiales se deben anular, para evitar niveles de movimiento que puedan poner

en peligro la función formal del objeto.

En la condición de Resistencia como se relacionan las Fuerzas con los Materiales?

En la condición de resistencia, los materiales se relacionan, con las fuerzas, que actuando desde el interior de los materiales se deben esforzar, para evitar niveles de deformaciones que puedan

poner en peligro la función formal del objeto.

Cuántos grupos de Fuerzas encontramos en la naturaleza que actúan en el mecanismo del fenómeno estructural?

Encontramos dos grandes grupos que actúan en relación con los materiales:

Las fuerzas que se aplican, que cargan, sobre los materiales desde el exterior de los mismos y que cuya acción les producen movimientos que deben ser anulados para que adquieran la condición

del equilibrio requerida.

Y las fuerzas interiores que poseen los materiales, las cuales a la acción de las fuerzas exteriores en equilibrio deben de resistirlas, esforzándose en controlar las deformaciones dentro de los

márgenes permisibles para que no hagan peligrar la integridad de la forma funcional, en otras palabras, para evitar el colapso, la rotura, la fractura del material.

Tipos de materiales

Los materiales están divididos en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos, y cerámicos.

Materiales metálicos:Estos son sustancias inorgánicas compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos elementos no metálicos, como el carbono. (Hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio).

Figura 2. Materiales metálicos. Kansai International Airport Terminal Osaka, Japón, 1988-1994. Renzo Piano Building Workshop, architects.

Materiales cerámicos:Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidrio, la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasa conductividad tanto eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad y resistencia al impacto.

Figura 3. Vidrio. Entrance Hall of University of Bremen. Gesellschaft für Licht-und Bautechnik

mbH.

Materiales poliméricos:En estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas.

Figura 4. Polímeros. RICHARD ROGERS, Domo del Tercer Milenio, Londres 1999.

Superficie cubierta: 80.000m2.

En la historia de la ingeniería y la arquitectura se ha utilizado una gran variedad de materiales. Sin embargo se han saltado etapas, o no se han desarrollado de manera adecuada, lo que ha hecho que la estética de algunas ciudades sea muy disímil o permanezca por tiempo prolongado igual, mientras que en el mundo cambia.

Aunque con el paso de los años esta imagen está cambiando, se esta tomando conciencia de la importancia de la estética de la ciudad y lo favorable que es para mejorar la calidad de vida de sus habitantes.

Hoy en día en el mundo la investigación y propuesta sobre nuevos materiales está muy avanzada. Aún nosotros no tenemos la formación y la cultura del desarrollo, cuando se nos presentan materiales como los paneles de yeso-cartón, fibrocemento, materiales sintéticos y otros, seguimos convencidos que aquel material que no tiene un peso específico alto no posee las características estructurales adecuadas para generar construcciones con altas especificaciones de sismo-resistencia y durabilidad.

LAS DEFORMACIONES.

ALREDEDOR DEL 1750, ROBERT HOOK DESCUBRE QUE LOS MATERIALES POSEEN PROPIEDAD ELÁSTICA FRENTE A LA ACCIÓN DE LAS CARGAS QUE SOPORTAN.

ES A PARTIR DE ESTE DESCUBRIMIENTO QUE SE DESARROLLAN LAS TEÓRIAS DEL CÁLCULO ESTRUCTURAL ESTUDIANDO LAS DEFORMACIONES QUE SE PRODUCEN EN LOS MATERIALES A LA ACCIÓN DE LAS TENSIONES O ESFUERZOS QUE SE PRODUCEN AL INTERIOR DE LOS MATERIALES AL SOPORTAR CARGAS.

LAS DEFORMACIONES SON COMPORTAMIENTOS NORMALES PROPIOS DE TODOS LOS MATERIALES.

EL ESTUDIO DETALLADO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS DEFORMACIONES DE CADA MATERIAL ES UN REQUISITO FUNDAMENTAL PARA EL CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES.

LAS DEFORMACIONES UNITARIAS QUE SE PRODUCEN EN LOS MATERIALES A LA ACCIÓN DE LAS TENSIONES AL INTERIOR DE LOS MATERIALES A LA ACCIÓN DE LAS CARGAS, EMPIEZAN DESDE CERO Y CONCLUYEN EN EL COLAPSO O FRACTURA DEL MATERIAL.

A continuación algunas reflexiones extraídas del documento de Salcedo Martha y de Perez Andres denominado “La estructura como generadora de espacios arquitectónicos”.

...”Cuando las proporciones matemáticas se refieren a la

realidad, no son ciertas; cuando son ciertas no hacen referencia

a la realidad”

ALBERT EINSTEIN (Geometrie und Erfahrung, 1921)

A partir de la definición griega de espacio, la cual se

vuelve tema de reflexión para convertir lo imaginado en

realidad, empezamos a encontrar tantas posibilidades que

sería imposible resumir en una sola frase el significado de

lo que hoy conocemos como la teoría del Espacio. Si bien

es cierto, el concepto de espacio es intuitivo, la evolución

del pensamiento humano se ha preocupado por buscar

otras acepciones.

Pasar de lo imaginado a lo real se da en un momento

tal con la creación de la geometría, por medio de la cual

es posible hablar de lo físico sin tener en cuenta lo imaginado,

es decir el pensamiento se convierte en idea. Muy

poco duró esto, pues la geometría Euclidiana, la primera

en crearse fue desplazada por la geometría No Euclidiana y

la teoría de la Relatividad; Involucrando las posibles variables

que pueda contener cada una, se genera en la geometría

la posibilidad de construir la imaginación humana

más que poder definir lo hallado en la naturaleza.

Pero esto es solo una parte de esa gran definición de

teoría del espacio, pues el hombre no puede limitarse a

lo que defina un plano cartesiano ni unas coordenadas

geométricas, sabiendo que existe un Lugar, un Proyecto y

un Proceso constructivo, el hombre empezó a pensar que

la experiencia previa estaba dada a partir de un mundo

donde lo “cognoscitivo” es decir la relación con lo creado,

nada tenia que ver con la vida cotidiana y mucho menos

con el medio ambiente. Cuando creamos un espacio

arquitectónico definimos en primer lugar el “locus”, pero

de igual manera se define un material, el cual determina

un proceso constructivo, todo esto tendrá relación lógica

en la elaboración de los conceptos de análisis de zonas,

de sectores y variantes básicas, es aquí donde se le da

importancia finalmente, y se deben tener muy claras las

relaciones entre el Espacio y su Función. Es esencial tener

presente que el programa genera consecuencias en la distribución

y tamaño de los espacios.

Hasta ahora se habla de un “concepto” general de

espacio, pero es necesario por lo menos puntualizar sobre

uno de los muchos significados, en lo que nos interesa, el

Espacio Arquitectónico. Si partimos que en la actualidad el

común de la gente define espacio como un lugar común,

podremos ver que a través de las diferentes sensaciones

que este produce, se puede tener una aproximación a él.

Ya no es, como anotaría S. Giedion en sus escritos, la

referencia al volumen, el vacío o la relación entre el interior

y el exterior; es ahora la relación que existe entre la

percepción del hombre hacia lo que lo rodea, el manejo

del contexto, el manejo de lo afectivo y su relación con el

medio ambiente. Esto no quiere decir que el espacio solo

existe por que lo percibimos pues es claro que el espacio

esta delimitado por una geometría e incluido dentro

de alguno de los conceptos de pragmatismo, percepción,

existencia, cognoscitivismo y abstracción. El hombre no

es finalmente el centro del espacio, pero es quien lo crea

o lo modifica de acuerdo a su experiencia, necesidades y

sensaciones.

Cuando se ve el espacio desde el punto de vista matemático

este solo está delimitado por paramentos, y a él solo se le incluyen

los cuatro sistemas que constituyen la unidad arquitectónica, es

decir, los Soportes, los Mecanismos, la Envoltura y las Particiones;

esto finalmente se convierte en un trabajo mecánico, tal vez un

trabajo de ingenieria. Pero cuando los Soportes son generadores

de Espacio Arquitectónico el concepto de desarrollo de la Unidad

Arquitectónica cambia, pues los cerramientos ya no son simples

muros y las particiones no me generan sub-espacios que acomodo

indiscriminadamente, la Arquitectura se vuelve un Todo y cada uno

de los componentes es parte fundamental del Todo.

ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA DISCIPLINA

ESTRUCTURAS EN LA FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO DE LA UNIVERSIDAD

NACIONAL DE TUCUMAN

Nora OMILL*

Introducción

Durante muchos años fueron los Docentes Ingenieros pertenecientes al plantel de la

Facultad de Ingeniería quienes tuvieron a su cargo el dictado de las materias tecnológicas en la

Facultad de Arquitectura. Esta participación de los Profesores

Ingenieros tuvo una fuerte influencia en los contenidos y modos de transmisión de

conocimientos de estas disciplinas y en consecuencia en la formación de muchos de

los docentes que tuvieron y tienen en la actualidad la función de formar al futuro profesional

arquitecto.

Históricamente para la mayoría de los alumnos de arquitectura, la disciplina estructuras no

cuenta con el agrado ni preferencia entre las áreas de conocimiento que integran la currícula

de la carrera y probablemente con toda razón, pues generalmente se

les fatiga sobremanera con una profusión de temas innecesarios, sin visión de conjunto y sin

orientación hacia las verdaderas tareas que desempeñará en el ejercicio

profesional. Esta problemática, en gran medida se debe más que a la incapacidad del

estudiante de arquitectura por comprender la disciplina, al enfoque de la enseñanza

no adecuado a la realidad profesional del arquitecto.

En efecto, tradicionalmente ésta ha sido orientada al análisis estructural sobre la base

de los modelos matemáticos y no al diseño estructural como parte inseparable del

diseño arquitectónico. A esto debe agregarse la insistencia en el "cálculo" como

expresión numérica de una realidad material. Cálculo basado muchas veces en complejas expresiones matemáticas que no por complejas se adecuan mejor a la realidad

física y tecnológica de la estructura.

Desde la creación de la Escuela de Arquitectura y durante muchos años, el área

*Facultad de Arquitectura y Urbanismo - UNT noraomil@arnet.com.ar488

estructuras estuvo a cargo de profesores ingenieros y probablemente son responsbles

aquellos que se aferraron a métodos estrictamente matemático - ingenieriles y a soluciones

doctrinarias puras, que sumadas a su escasa formación en diseño no le permitió la

comprensión del proceso de diseño arquitectónico y por lo tanto la adecuación

de las formas de enseñanza. Por todo esto es comprensible que el alumno no aprecie

la importancia de la función y el conocimiento de la estructura respecto a la libertad

y creación del diseño arquitectónico.

La información obtenida a través de numerosos registros (relato historiográfico, planes de

estudio, programas y trabajos prácticos, análisis secundario, entrevistas y

observaciones) y su posterior análisis permitió observar que siempre se puso en evidencia una

clara diferencia entre lo que se expresaba en los objetivos de la carrera y

sobre todo en los objetivos del área y los contenidos de los programas de la misma.

Estos contenidos constituían la actividad rutinaria para los Ingenieros pero no le servían al

Arquitecto para acercarse y familiarizarse con la razón de ser de las formas

estructurales, aspecto sumamente decisivo a tener en cuenta en el proceso de diseño.

Se han realizado algunas experiencias que promovieron un cambio; sin embargo a

pesar de algunos avances, aun no se ha logrado que muchos docentes y alumnos

entiendan la importancia de la integración de estos conocimientos para optimizar el

diseño arquitectónico.

Analizando el origen y desarrollo de la disciplina a través de los diferentes planes de

estudio y las metodologías empleadas en la enseñanza, se intenta encontrar las razones por las

cuales esta disciplina se desarrolló con un marcado enfoque ingenieril.

Al respecto, la arquitecto Claudia Cristina Castro Guerrero arquitecto docente de morfología y estructuras, manifiesta las reflexiones siguientes en el artículo “De la manera de enseñar estructuras a los alumnos de arquitectura”:

“Si la creatividad en su esencia básica y genérica no es otra cosa que la capacidad de dar solución de manera original y adecuada a problemáticas planteadas; y dentro de la problemática arquitectónica no sólo se encuentran la espacialidad, el acto, el entorno y la semiótica, sino también todo lo referente al hacer habitable y construíble lo proyectado; podemos deducir que las asignaturas técnicas y teóricas,  no son un "un mal necesario"; por el contrario, enfocadas adecuadamente pueden y deben llegar a ser aliadas imprescindibles en el desarrollo de un diseño creativo. Diseño creativo que es hijo de una imaginación adiestrada, provista de un bagaje de conocimientos. Base de datos, a la cual recurre en forma intuitiva y realiza las conecciones necesarias, que no siempre son las más convencionales, para dar respuesta de forma integral a los múltiples desafíos que involucra el objeto arquitectónico.

Santiago Calatrava

La manera de impartir estas asignaturas técnicas y teóricas debe ser tal, que no sean percibidas como un largo listado de lo que no se puede hacer o como un montón de recetas para ser seguidas al pie de la letra. Deben transformarse en un apoyo real al proceso de taller, formando criterios, entregando herramientas para aprender a crear soluciones específicas, posibilitando que el futuro arquitecto pueda a través de ellas descubrir cómo materializar, cómo hacer realidad sus ideas y proyectos de papel.

A lo largo de toda la carrera, en la asignatura de taller que es la columna vertebral de la malla curricular, se enseña a los alumnos a observar, analizar, y descubrir la información que necesitan. Imaginar e inspirarse a partir del mundo que los rodea. En resumen se les insta a que aprendan a "aprehender", que puedan captar, que sean capaces de internalizar los fenómenos que tienen que ver con la problemática arquitectónica.  Por lo tanto no podemos pretender que estos mismos alumnos aprendan de manera eficiente y adecuada las estructuras, a

través de un modelo matemático plagado de fórmulas y números abstractos escritos en un pizarrón.

Antonio Gaudí

En esta metodología, los estudiantes hacen gala de su capacidad de memorización para retener conocimientos conducentes a una nota aprobatoria hasta la fecha del certamen, pero es un porcentaje mínimo el que efectivamente comprende y asimila los conceptos entregados. Esta forma de impartir las estructuras está en crisis, no da resultados satisfactorios, no funciona. Porque esa, no es la manera en que los estudiantes de arquitectura aprenden, y tampoco es eso lo que los estudiantes de arquitectura necesitan aprender a cerca de las estructuras.

Debemos lograr que los alumnos vean en las estructuras, más que elementos soportantes y elementos soportados que se repiten a tantos metros como un timbre. Más que una buena excusa donde atrincherarse para justificar todo lo que se pretendió hacer y no se hizo. Mucho más, que una encomienda de entrega inmediata para el primer ingeniero civil que se nos cruce en el camino.

Hay que impartir las estructuras como un hecho arquitectónico, que nace nuevo en cada proyecto, donde a partir de elementos y principios conocidos conjugados de una manera distinta se genera una realidad nueva, válida para las necesidades específicas de cada caso. Hay que enseñar a descubrir oportunidades donde otros

sólo ven restricciones, logrando que el diseño estructural sea el fruto de ideas innovadoras en una mente con criterios estructurales claros. Consideremos los conceptos que Mario Salvador define en su libro "Estructuras para arquitectos" : "Diseño estructural es la conjetura inicial educada (supuestos de diseño) que proviene de la experiencia y la intuición más que de cálculos científicos".Análisis estructural es la verificación (matemática) de la resistencia (de los materiales) a cargas dadas". Es razonable pensar que lo que nuestros estudiantes necesitan aprender es diseño estructural, ya que no resulta lógico pretender que todos los alumnos de arquitectura aprendan a calcular. Los estudiantes que quieran especializarse en "análisis estructural" deben tener la posibilidad de hacerlo a través de asignaturas electivas. Pero la meta de los cursos de estructuras obligatorios debería ser que todos los alumnos de arquitectura manejen criterios, que permitan estructurar un proyecto desde su concepción para obtener mejores resultados que los que se consiguen al tratar de acomodar una estructura a un diseño ya acabado.

Peña

Para esto se debe plantear una metodología distinta, a la usada tradicionalmente, para enseñar las estructuras. Una metodología donde los estudiantes aprendan de manera más intuitiva y experimental, de manera que los conocimientos impartidos queden grabados en forma indeleble en la mente de estos futuros arquitectos. Una metodología donde los estudiantes no pierdan de vista las tres dimensiones inherentes a todo sistema estructural, yendo más allá de los diagramas de cuerpo libre en dos dimensiones, que si bien son útiles en ciertas etapas del aprendizaje, son sólo un paso en el entendimiento de las estructuras reales. Un camino válido a considerar es la interacción de los estudiantes con modelos tridimensionales. Al analizar estructuralmente obras de arquitectura paradigmáticas, construir maquetas experimentales a escala, desarrollar modelos tridimensionales en software adecuados, etc., surgen observaciones y cuestionamientos que

encausados hacia los contenidos de la asignatura, logran fijar en forma efectiva los conocimientos en la mente de los alumnos. Transformando la clase en una instancia fuertemente interactiva que no deja cabida a la repetición indiscriminada de conceptos memorizados que no se sabe cómo, cuándo ni dónde aplicar. Este método demanda mucho más tiempo, recursos, compromiso y organización que el de la "tiza y el pizarrón". Pero no podemos renunciar por esto, a enseñar las estructuras como nuestros alumnos lo necesitan. Se hace necesario, entonces: Revisar los contenidos de cada asignatura del área de estructuras, impartiendo aquellos que efectivamente conduzcan a crear criterios. Programar adecuadamente las actividades en cada asignatura para optimizar el tiempo disponible.

Elegir y diseñar cuidadosamente las actividades a desarrollar, para que las observaciones y cuestionamientos surgidos de la interacción con los modelos tridimensionales puedan ser efectivamente encausados hacia los contenidos de la asignatura.

Coordinar con anticipación todos los recursos necesarios para las distintas actividades, ya que muchas veces van a trascender la infraestructura de la carrera.

El desafío es que todos los estudiantes de arquitectura "aprehendan" las estructuras, que las sientan como algo tangible, real, parte indisoluble de la arquitectura.

Porque cuando la complejidad y la envergadura de un objeto arquitectónico crece, las estructuras son un tema que no se puede seguir esquivando, y muchas veces es el factor que hace la diferencia entre un proyecto que mata y un proyecto que muere”.

Hace ya un buen tiempo, Mies Van Der Rohe, expresaba que “…la Arquitectura es la cristalización de su estructura”, decía que esta permitía “…el lento desplegar de la forma” y concluía manifestando que “…esa es la causa por la cual la tecnología y la arquitectura están tan estrechamente relacionadas”; y, no dejaba de tener razón, porque para la mente humana todo aquello que existe, todo objeto que ocupa un lugar en el espacio, posee una estructura; y, para los sentidos, todo lo perceptible como un objeto, tiene forma.

Como nos comentan Kelly Vitiello, Amelia Quezada y José Omar Marinez, catedráticos arquitectos de la Universidad Ibero Americana UNIBE “…el arquitecto muchas veces se dirige hacia la estructura a través de la forma; pero el arquitecto creativo se dirige hacia la forma a través de la estructura. El ser científico-creativo es aquel ideal de profesional que antaño representaron Leonardo y Miguel Ángel. La especialización ha llevado a disociar en nosotros el interés científico del afán creativo. Por atender a un solo aspecto se ha descuidado el otro. Pero la existencia humana es integral y exige atender no solo a su

perfección o adecuación estructural, sino también a su formalización no solo correcta sino creativa. En lo creativo se unen estructura y forma en una relación en la cual, cada una de ellas está resuelta correctamente sin descuidar la función.”

Así mismo Enrique Manuel Gil, María Cecil Gil y Luis Lopez manifiestan en la separata: “La estructura en la formación del arquitecto” una serie de conceptos que coinciden con lo que se sustenta en este curso de Estructuras I, cuando afirman que “…en las grandes obras de arquitectura el arquitecto es el líder del equipo de trabajo, y el ingeniero es uno de los integrantes fundamentales, así como, en las grandes obras de ingeniería al arquitecto le compete una activa participación de apoyo y colaboración con el ingeniero.”

“El arquitecto contemporáneo debe estar familiarizado con la estética, ingeniería, sociología, economía y también con el planeamiento. En general las mayores dificultades se presentan en aquellos conocimientos referentes a la estática, que los debe capacitar para formular ideas para proponer sistemas de distribución de esfuerzos, es decir proponer ideas en el rico campo del diseño estructural, íntimamente relacionado con el diseño arquitectónico, durante todo el proceso proyectual.”

“Es evidente que solo el estudio serio de la matemática y de la ciencia física permitirá a un proyectista analizar una estructura compleja con el grado de perfeccionamiento exigido por la tecnología moderna, pero es necesario establecer una clara distinción entre la comprensión de los conceptos estructurales básicos y el conocimiento cabal del análisis de estructuras; por lo cual se hace fundamental brindar a los estudiantes de arquitectura las herramientas del proceso de diseño estructural necesarias para que puedan ser aplicadas especialmente durante el proceso del diseño arquitectónico.”

En ello consiste este curso de Orientación Estructural: Definir los conceptos básicos del mecanismo del fenómeno estructural y utilizar las metodologías adecuadas para la enseñanza-aprendizaje del proceso del diseño estructural.

Cabe aquí hacer una precisión con respecto al proceso del diseño estructural, ya que este no es reconocido como tal por la mayoría de los especialistas; o, mejor dicho, como bien expresa el Ing. Agustín Reboredo en su ensayo El proceso del diseño estructural: “…este es confundido con una de sus etapas: el análisis estructural, y este es un proceso muy sistemático. Para el análisis estructural se hace uso de todos los auxiliares que la tecnología actual nos permite, entre ellos las computadoras. Pero dicha etapa de análisis estructural es la etapa final del proceso del diseño estructural y corresponde a su comprobación matemática. El resto del proceso del diseño estructural presenta las mismas dificultades para su ordenamiento que cualquier proceso creativo y enteramente análogas a las que presenta el diseño arquitectónico o cualquier otro diseño de objetos.”

“Todos conocemos obras maestras del diseño estructural pero el proceso de génesis que siguió el autor en cada caso permanece casi siempre ignorado. En este campo no basta

que una estructura se sostenga. Eso es relativamente fácil. El problema estructural es mucho más sutil: debe sostenerse con el mínimo esfuerzo” dicho de otro modo, deberá obtener la mejor relación costo-beneficio diseñando una estructura con la cantidad justa y necesaria del o de los adecuados materiales”.

Por qué es importante el conocimiento sobre estructuras en la profesión de la arquitectura?

Porque nos permite tener el control del diseño de la forma funcional de la arquitectura.

 

LA ARQUITECTURA Y LA ESTRUCTURA 

EL PROYECTAR, AUNQUE SÓLO SEAN ESTRUCTURAS, SI BIEN TIENE MUCHO DE CIENCIA Y DE TÉCNICA, TIENE MUCHO MÁS DE ARTE, DE SENTIDO COMÚN, DE DELECTACIÓN EN EL OFICIO DE IMAGINAR LA TRAZA OPORTUNA, A LA QUE EL CÁLCULO SOLO AÑADIRÁ LOS ÚLTIMOS TOQUES, CON EL ESPALDARAZO DE SU GARANTÍA ESTÁTICA RESISTENTE

Eduardo Torroja

Arquitectos, Arquitectura y Estructura.

Arquitecto: Es el profesional apto para diseñar, programar dirigir y construir edificios necesarios para albergar las actividades del hombre en sociedad, satisfaciendo las necesidades y aspiraciones que esta demanda.

 

El hombre construye espacios, ambientes para vivir en el mundo, para habitar, podríamos definir la arquitectura entonces como un espacio construido para satisfacer las necesidades humanas.

Nuestro espacio arquitectónico es construido, es decir no está dado en la naturaleza aún cuando se instale y use porciones de ella. Lo construimos con materiales a los cuales se les da una forma para poder vivir dentro de ella.

 

Las necesidades que satisface la arquitectura son las del ambiente físico y el espacio. Para desarrollarnos plenamente y poder trabajar, estudiar y vivir en general necesitamos de espacios ordenados y ambientados.

Para ver más cerca la arquitectura la analizaremos según tres planos usados desde la antigüedad : FUNCIÓN, CONSTRUCCIÓN Y FORMA.

 

Por función entendemos la finalidad útil o práctica que debe tener un edificio. Tomemos por ejemplo la vivienda que debe contar con una cocina, dormitorios, baño, sitios de estar, comer y trabajar. En la utilidad de nuestra vivienda tienen un rango importante los aspectos de cada ambiente: su aislación, su comodidad, y otros factores que deben tomarse como funcionales. La casa es entonces un "espacio vital" al que la arquitectura conforma, es decir le da una forma.

Casa en Calamuchita - Miguel Angel Roca - 2004

Función y forma no deben pensarse independientemente.

 

El segundo punto, la construcción es el que caracteriza una espacio para que sea arquitectónico: SI NO ESTÁ CONSTRUÍDO NO ES UN EDIFICIO

Construir es levantar una forma con materiales pesados, "edificar" o sea fijarla a la tierra.

 

Dado el tamaño de esta forma espacial se debe tener en cuenta la resistencia de la construcción, es decir, la capacidad de no desmoronarse. La construcción requiere muchos materiales y de muy diversos tipos, El peso de todos estos materiales debe

descargarse en tierra en forma estable y permanente. Esta "unidad resistente" de los materiales entre sí y la tierra es el problema central de la construcción y se llama "estructura"

Casa en Mar de las Pampas – fatuoso y Leyton – 2004

Un poco de historia

 

 La estructura es y ha sido siempre un componente esencial de la arquitectura.

 

Ya se tratara de construir un simple refugio para sí y su familia, ya de cerrar espacios donde centenares de seres pudieran rendir culto a su divinidad, comerciar, discutir problemas políticos o entretenerse, el hombre ha tenido que dar forma a ciertos materiales a fin de que su arquitectura se mantuviera en pie resistiendo la atracción de la tierra y otras cargas peligrosas.

Era imprescindible resistir el viento, las descargas atmosféricas, los terremotos y los incendios.

 

Y como desde los primeros tiempos de su existencia el hombre tuvo un sentido innato de la belleza, toda la construcción se concibió conforme a ciertos postulados estéticos que no pocas veces impusieron a la estructuras exigencias mucho más estrictas que las re resistencia y economía.

 

En el pasado, sólo mediante la experiencia unida a constantes fracasos (derrumbes) se logró obtener procedimientos seguros y económicos de construcción de estructuras para edificios. Cada arquitecto elaboraba un grupo de estructuras básicas, típicas de determinados materiales y terrenos.

 

En la edad moderna se producen dos hechos relevantes: Uno es la evolución de la ciencia físico - matemática que estudia también las estructuras (la estática) con lo cual se podían calcular estructuras sobre papel y experimentando en modelos y maquetas para evitar desagradables sorpresas; el otro es la aparición de materiales nuevos: el hierro, el cemento, hormigón armado, con los cuales las posibilidades de formas estructurales se ha ampliado mucho.

Edificio Chrysler – Willam Van Allen - 1930

En la actualidad han aparecido nuevas tecnologías, y con la aparición de la informática se ha reducido dramáticamente la tediosa tarea del cálculo, liberando mucho tiempo para la creatividad. La estructura, problema físico y económico, ha sido también jerarquizada como objeto estético y expresivo. Se han creado exponentes magníficos que constituyen un alarde de técnica e imaginación.

Banco de China – Pei Torres Petronas – Cesar Pelli Hotel Burj Al Arab - Dubai

Podemos concluir, por lo tanto, que el conocimiento de las estructuras por parte del arquitecto es muy importante y que la corrección en las mismas debe contribuir a la belleza de la arquitectura.

 

El arquitecto y el conocimiento estructural

 

El arquitecto contemporáneo, quizá el último humanista de nuestro tiempo, debe estar familiarizado con la estética, ingeniería, sociología, economía y en términos generales con el planeamiento

 

Todo arquitecto, todo estudiante de arquitectura, está hoy convencido de la importancia del conocimiento estructural

 

La enseñanza de las estructuras para los estudiantes de arquitectura presenta una serie de cuestiones de difícil abordaje.  La propia orientación de la carrera apunta al diseño, lo que lleva a que pocos estudiantes demuestren interés en la asignaturas de contenido tecnológico o que planteen problemas matemáticos como es el caso de la materia estructuras.  Pero, también es cierto que un buen diseño arquitectónico toma en cuenta la estructura resistente desde sus inicios Entonces.....¿es posible facilitar al arquitecto la comprensión y adquisición de los conocimientos estructurales necesarios para poder resolver problemas técnicos y de construcción? ¿es posible tal cosa sin un estudio exhaustivo de matemática superior, física y economía?.....En otras palabras ¿es posible que una persona inteligente sin un

estudio profundo de las ciencias físicas y matemáticas comprenda los fundamentos del comportamiento estructural? Las respuestas a las preguntas que anteceden son afirmativas si se establece una clara distinción entre la comprensión de los conceptos estructurales básicos y el conocimiento cabal del análisis estructural

Estructuras e intuición: Es evidente que sólo el estudio serio de la matemática y de las ciencias físicas permitirá a un proyectista analizar una estructura compleja con el grado de perfeccionamiento exigido por la tecnología moderna. El ingeniero estructural de nuestros días es un especialista entre especialistas, integra un subgrupo entre los ingenieros civiles. Con el desarrollo de las nuevas tecnologías, inclusive los especialistas en estructuras se especializan: en la actualidad hay especialistas en hormigón armado, especialistas en estructuras tensadas o especialistas en cubiertas de una forma particular. Se recurre a estos especialistas en busca de asesoramiento sobre un tipo determinado de estructura, tal como se consultaría a un especialista ante un tipo raro de enfermedad. Pero es evidente, también que una vez establecidos los principios básicos del análisis estructural, no hace falta un especialista para comprenderlos sobre una base puramente física. Todos estamos en cierto grado, familiarizados con estructuras en nuestra vida cotidiana: sabemos a qué ángulo debemos colocar una escalera de mano para que soporte nuestro peso, sabemos si la cuerda es suficientemente fuerte para izar un balde con agua, y si el viento hará volar la carpa levantada en el campamento.Es un paso relativamente fácil capitalizar estas experiencias, sistematizar ese conocimiento y llegar a comprender el cómo y el porqué del comportamiento de una estructura moderna.

Tenerife Concert Hall – Calatrava Turning Torso - Calatrava Una vez captados los fundamentos, el arquitecto debe llegar a dominar los puntos más sutiles de la teoría de las estructuras. Esto le permitirá aplicar con inteligencia una gran cantidad de nuevas ideas y métodos constructivos.  En la actualidad es posible construir casi cualquier estructura, y por eso el arquitecto se ve menos limitado por las dificultades técnicas. El arquitecto contemporáneo medio puede aspirar en el campo de las estructuras a realizaciones mayores que las que eran posibles

hace sólo un siglo a profesionales de excepción pero esas realizaciones son fruto no solamente de la tecnología, sino de la experiencia adquirida por el profesional.

Intentaremos entonces introducir a los alumnos en el campo de las estructuras sin recurrir a un conocimiento formal de matemática o física. Esto no quiere decir que trataremos a las estructuras de manera elemental, incompleta o simplificada: algunos conceptos estructurales presentados serán sutiles y complejos; sin embargo el alumno podrá captarlos y reconocerlos en situaciones arquitectónicas generales, sobre una base puramente intuitiva. Este mejor conocimiento del comportamiento de las estructuras conducirá al estudiante interesado a una mejor comprensión de los puntos más delicados del diseño estructural.

Y para aquellos que piensan que la estructura de un edificio es algo tan complejo que debemos recurrir a especialistas les dedicamos esta frase:LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL ES EL ARTE DE UTILIZAR MATERIALES QUE NO CONOCEMOS DEL TODO, DE MANERA QUE RESISTAN FUERZAS QUE NO PODEMOS EVALUAR DEL TODO, Y QUE LOS MISMOS DEN UN SERVICIO A LA SOCIEDAD A TRAVÉS DE NUESTRAS ESTRUCTURAS, DURANTE UN TIEMPO QUE NO PODEMOS PREDECIR DEL TODO.TODO ESTO DE MANERA TAL QUE LA SOCIEDAD TENGA PLENA CONFIANZA EN NUESTRO TRABAJO   Y NINGUNA RAZÓN PARA SOSPECHAR LA EXTENSIÓN DE NUESTRO RECELO E IGNORANCIA.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

 

RAZÓN Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALES

Eduardo Torroja

 

 

ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS

Salvadori y Héller

1. Defina Arquitectura

2. ¿Cuál es el rol del Arquitecto?

3. Definir espacio Arquitectónico

4. ¿Qué necesidades satisface la arquitectura? Ejemplificar

5. ¿Qué se entiende por función? Ejemplificar

6. ¿Puede la forma pensarse independientemente  de la función?

7. ¿Qué significa construir? ¿Qué es edificar?

8. ¿Cómo debe descargarse el peso de los materiales a la tierra?

9. Definir estructura

10. Describa brevemente la evolución del conocimiento de los problemas estructurales y su resolución a través de la historia

11. ¿Cuándo debe tomarse en cuenta la estructura resistente para lograr un buen proyecto?

12. ¿Debe el arquitecto dominar la teoría estructural? ¿Por qué?

 

Cómo se compone la forma funcional en la arquitectura?

Se compone de espacios y de volúmenes.

Según el Prof. Dr. Ing. Stefán Polónyi: El objetivo del “objeto arquitectónico” es la de crear “formas espaciales

vivibles, que cumplan una función específica”. Si se habla de la “Estética de la Estructura”, se debe dejar bien en

claro, que la misma cumple la función de soporte de un espacio para que se ejecute una actividad. Una determinada

superficie puede ser diseñada de tal manera que ella misma se auto soporte. Si esto no es posible, independientemente

de los motivos, se debe preguntar, que se le debe agregar para hacerla estructural?, para responder esto, el Prof. Dr.

Ing. S. Polónyi plantea las siguientes cuestiones:

1. INFLUENCIA DE LA FORMA: La Geometría describe las regularidades de las formas planas y espaciales. La

descripción tiene lugar en el lenguaje matemático: con igualdades y fórmulas, por medio de números y valores

ordenados sistemáticamente y seriados. La “Geometría” describe la forma del objeto, pero también desarrolla formas

según relaciones geométricas y matemáticas. La “regla de la arquitectura clásica” es la de la geometría: proporciones,

simetrías, series, etc. Los volúmenes y elementos constructivos se conforman según formas geométricas. Es interesante

recordar, que la mayorías de los maestros de la antigüedad se orientaban con reglas geométricas, y no con las formas

de la naturaleza. Esto es entendible, pues para producir los materiales de construcción se dependía de la naturaleza,

pero, a la naturaleza se la utilizaba como modelo para decorar la estructura. El concepto “seguir el ejemplo de la

naturaleza” se inicia en el siglo XX. Para las estructuras que serán ejecutadas con elementos constructivos seriados, es

de gran importancia la relación geométrica. Las estructuras espaciales de mediados del siglo XX se organizan según

las reglas de empaquetamiento de los poliedros: no dejar intersticios vacíos. Así son los cantos de iguales dimensiones,

lo que es una ventaja para la estructura, pues todas las distancias son iguales. Sin embargo en grandes series, no tiene

ningún significado, si existen uno o dos o tres largos de cantos, pues la “geometría” no es “estática”: la transmisión de

las cargas solicita de diferentes maneras a los cantos, si se los considera como elementos estructurales esbeltos. Si se

quiere diseñar una estructura económica, entonces se debe tener en cuenta la sección del elemento lineal utilizado como

canto, por ejemplo, en los tubos metálicos se debe considera el espesor del material de la pared y no el diámetro total

del tubo, para que las tensiones internas se adapten a la solicitaciones externas. En los años 60 y 70 del siglo XX

tuvieron las estereoestructuras una gran aceptación entre arquitectos e ingenieros, aunque son antieconómicas. Sin

embargo, esta última consideración no tiene ninguna relación con la estética, pero vale citarlo: muchos nudos,

producción industrial de los elementos estructurales con montaje manual, muchos elementos lineales innecesarios

desde el punto de vista estático, los tubos no eran herméticos, por lo que la corrosión los atacaba en su interior y

debían ser galvanizados, con altos costos de producción. El “Dominio de la Geometría”, durante los años 60 del siglo

XX, lo demuestra la cúpula geodésica de Buckminster Fuller. En los casos de cúpulas con grandes diámetros, se

originan superficies y elementos estructuras de grandes dimensiones, con muchos inconvenientes para su producción,

transporte y montaje. Buckminster Fuller busco una combinación entre pentágonos y hexágonos (1). Debido a esto

Buckminster Fuller se limito a superficies regulares, sin embargo esto llevo a inevitables elementos estructurales

lineales delgados. La división en superficies regulares similares, brinda una estructura homogénea, que no considera el

movimiento interno de las cargas. La cúpula del Pabellón para la Exposición Industrial Alemana en San Paulo (Brasil)

en 1972, comprende elementos curvos y largos. El ensanchamiento en los bordes de unión de los elementos

constructivos conforma el sector estructural: una cúpula con nervaduras(2). En las nervaduras se concentran todos los

esfuerzos internos y el transporte de las cargas externas. El conocimiento de este tipo de solución estructural no

significa nada si se compara ambas soluciones técnicas con el concepto de la “Estética”. La popularidad de las

estructuras espaciales la demuestran muchos objetos de arte, que se diseñaron con dichos principios. Una interesante

derivación de las estructuras espaciales son las estructuras tipo “Tensegrity”, las cuales comprenden elementos lineales

esbeltos rígidos de compresión y cables de tracción. Existen muchos ejemplos de aplicación de este tipo estructural, uno

de los más famosos internacionalmente es la cúpula de cables y barras utilizada para el Estadio de Baseball,

(Petersburg, Florida, USA) de David Geiger, 1992 (3), la cual se basa en la disertación de Peter Rudolph, (1967).

2. EQUILIBRIO ESTÁTICO: Las estructuras espaciales se determinan según la “Geometría”, pero también, son lógicas

las estructuras que se conforman según el comportamiento estructural, como por ejemplo, las estructuras de hormigón

aramado que se diseñan geométricamente según los momentos flextores. El edificio “Keramion“ (Museo de la

Cerámica) Frechen (Alemania), Peter Neufert (1971) se asemeja a una pieza cerámica gigante (4). Tanto los puntos de

apoyo de las columnas, el borde la cáscara como los hyperboloides de rotación fueron dispuestos de tal manera, para

que todas las tensiones internas sean constantes bajo solicitaciones constantes en todos los puntos. Esto significa que la

forma arquitectónica fue desarrollada a partir de determinaciones científicas. Se debería ver esta obra arquitectónica

como arte?, pues en realidad no por la determinación científica de las coordinadas, sino por su concepción primaria

debido a la pautas de diseño. El Hall Central del Predio Ferial de Exposiciones de la Ciudad de Leipzig (Alemania) (5),

es una bóveda transparente materializada con reticulados planos paralelos entre si, que conforman la forma total del

objeto arquitectónico. Si no tuviera las estructuras reticuladas planas paralelas cada 25 mts de separación, la cúpula

vidriada por si sola no tendría capacidad de autosustentación, pero estos elementos estructural son lo que le dan carácter

arquitectónico a dicho volumen vidriado, ya que debido a su transparencia se desmaterializa su presencia.

3. INTERPRETACIÓN ERRÓNEA DEL EQUILIBRIO ESTÁTICO: Para mantener alsistema estructural dentro del

campo de la estática y evitar soluciones hiperestáticas, generalmente los calculistas incorporan “articulaciones” entre

las vinculaciones de los elementos constructivos. Esto generalmente es también de mucho agrado entre los arquitectos,

pues aparecen soluciones técnicas de “vistosas formas tecnológicas”. Así devinieron las “articulaciones” en elementos

constructivos deseados por su aportes a la imagen formal: hermosas decoraciones constructivas. Como actualmente la

mayoría de los ingenieros estructurales trabajan con sistemas informáticos, la resolución de los sistemas de ecuaciones

para el cálculo estructural ya no tiene un rol preponderante en todo el trabajo, solo hay que tener el suficiente criterio

profesional y el conocimiento científico para interpretar correctamente los resultados de los cálculos informáticos, o sea

ser un buen ingeniero. Por lo que las “Articulaciones” pueden ser evitadas de materializarlas en las obras cuando no

son necesarias realmente. Sin embargo, muchos arquitectos las han incorporado en su jerga de soluciones formales, que

por más que el ingeniero trate de justificar su no presencia en algún proyecto, no es posible presicindir de sus servicios

formales. Esto es de observar en la obras de Foster, Rogers y Grimshaw. Todos sus edificios trascendentales están

atiborrados de “articulaciones”, pues dan la imagen de la máquina de habitar de última generación: “el maquinismo

del futuro por medio de la tecnología avanzada”. Cualquier ingeniero mecánico que tenga la posibilidad de observar la

(1) Buckminster Fuller: Pabellón USA, Exposición

documentación técnica de dichas obras, estallaría de risas, pues el comprobaría inmediatamente, que las articulaciones

están ubicadas donde no hay psoibisidades que existan giros de los elementos estructurales, como por ejemplo el

gigantesco edificio traslúcido utilizado como Centro de Capacitación Profesional para los Empleados Públicos del

Estado Federal Aleman de Nordrhein-Westfalen, Herne (Alemania) (6), tienen articulaciones metálicas todas la

columnas de madera, pero estas están de más, pues la madera no experimenta ningun alargamiento por temperatura en

el sentido longitudinal de las fibras, por lo que no puede generarse ningún giro en las articulaciones. Este modismo de

incorporar en las obras de arquitectura algunos elementos constructivos de origen en la ingeniería mecánica se empezo

cerca de 1970. La incorporación de los tensores laterales a las columnas de madera para evitar el pandeo de las mismas

es para darle una imagen de liviandad, acorde con el volumen traslúcido del edificio, o sea un efecto arquitectónico.

4. INFLUENCIAS DE LA TECNOLOGÍA EN LA DETERMINACIÓN DE LA FORMA: Cuando se termino de ejecutar el

encofrado de la cobertura plegada de hormigón armado de las tribunas del estadio del club de futbol “1. FC Köln”,

Köln (Alemania) (7), se verifico que en los planos técnicos originales se determinó la construcción de un borde superior

y se constató que el mismo tendría muchas deformaciones por dilatación por lo que no podría ser un elemento recto, por

lo que se desidio doblar el borde las placas y luego se hormigonó. De esta manera, la imagen de “dientes” de la cubierta

plegada le confieren su propio carácter formal a la obra.

5. INFLUENCIAS DE LAS POSIBILIDADES TÉCNICAS EN LA ESTÉTICA: Los antiguos templos griegos impresionan

por sus columnas gordas, con una pequeña separación entre ellas, pues las vigas superiores eran de piedra, por esto que

impresionan las estructuras de grandes luces entre apoyos. Mientras que a los templos griegos se los reconoce como

naturalemente impresionantes, a las estructuras actuales se las observa con ciertas dudas por sus columnas con

seperaciones mínimas entre ellas, pues dan la impresión que su función estructural es secundaria, que necesitan estár

juntas por debilidad o porque fue una decisión formal, como es el caso del Museo de Arte de Bonn, (Alemania) (8).

Si se considera el aspecto económico de la estructura , se sabe que existe una relación entre la altura y la separación

entre las columnas. A mayor altura, mayores costos, por esto es criterioso reducir el numero de columnas y aumentar la

separación entre ellas. Cuando fue preguntado el famoso ingeniero estructural Fritz Leonhardt, cual es la separación

adecuada para las columnas de puentes en los valles?, respondio: “primero, dibuje el puente, y cuando quede hermoso

el diseño, entonces recien analizelo desde el punto de vista económico”. Esto también es válido para grandes cubiertas.

Aquí se observa claramente que las sensaciones estéticas también dan indicaciones para la economía. Tal es el caso de

la solución tipo “arbol” para grandes luces de cubiertas, donde las columnas toman formas de árboles con una imagén

estética agradable. Las estructuras realizada con madera presentan el problemas del direccionamiento de las fuerzas de

tracción entre los diferentes elementos constructivos. Los carpinteros y constructores avezados antiguos solucionaban el

problema con la construcción de un sistema estructural que evite la tracción. No es así en la actualidad, pues las

construcciones de madera realizadas por ingenieros responden a las condiciones estáticas de equilibrio y no a las

propiedades constructiva-estructurales de la madera, pues por medio de tensores, fijaciones metálicas y demas

elementos accesorios, construyen estructuras de madera. Así se muestran como se puede materializar cada sistema

estructural con madera, en lugar de mostrar, cuales sistemas estructurales son los adecuados para la madera.

6. ELECCIÓN DE UN SISTEMA ESTRUCTURAL: Posiblemente se goza con una obra de arte, si se sabe más sobre su

origen. Esto se podría trasvasar a un caso real de diseño estructural para una obra de arquitectura, como es el caso de la

ampliación de los andenes de la Estación Central Ferroviaria de la Ciudad de Colonia (Alemania) (9), pues se

encuentra como vecina de la Catedral. Debido a que las locomotoras modernas no emiten más humo, no fue necesario

pensar en cubiertas de gran altura, además desde el punto de vista urbano hubieran sido una competencia formal con la

catedral. Entonces fue posible realizar apoyos intermedios entre los andenes, con luces estructurales de 22 mts, por lo

que no fue necesario salvar la luz total de todos los andenes juntos. Fue importante, que toda la cubierta sea trasparente

para no perder la imagen de la catedral. Por esto se analizaron diferentes soluciones estructural-formales.-

7. INFLUENCIA DE LAS CONSIDERACIONES NATURALES EN LA ESTRUCTURA: En la segunda mitad del siglo

XX fue publicitado por muchos arquitectos e ingenieros, tomar a la naturaleza como modelo, pero para esto se deben

tomar ciertas precauciones, pues la producción de materiales de construcción y elementos constructivos, es totalmente

diferente a la evolución de los productos naturales. Por esto, algunas funciones estructurales no son comparables en

muchos casos, como por ejemplo, los saltamontes evitan las cargas dinámicas originadas por el viento, las

construcciones arquitectónicas deben soportar dichas cargas, pues no tienen la capacidad de deformar su volumen

para adaptarse al viento. El efecto estructural de la carga de un voladizo no tiene el mismo efecto estructural que el de

una rama de un arbol. En el caso de una estructura tipo “árbol”(10), las “ramas” están correctamente diseñados, si están

solicitados a compresión axial y no a la flexocompresión, además, para facilitar la producción de los elementos

constructivos, no se disminuye su sección en uno de los extremos. En este momento se debe meditar sobre la

“conveniencia” de tomar a la naturaleza como ejemplo. Se afirma que la naturaleza se optimiza, pero esto tiene un

objetivo, que es más que nada el sentido de la vida, o sea, se optimiza para sobrevivir, lo que se denomina

científicamente como “evolución natural” u “optimización para adaptarse a las condiciones cambiantes del entorno”.

El ejemplo de la lucha por la supervivencia no es en realidad un ejemplo para la optimización técnica. Si alguien se

maravillan por las estructuras naturales optimizadas, se puede comprender, que la naturaleza utiliza métodos de

optimización derrochones, pues muchas especies desaparecen o son victimas de cambios naturales, para que luego otras

sobrevivan. Debido a que el término “Sentido” tiene el primer significado de “Sensación”, el aspecto subjetivo es que

se debe utilizar es el del término “propósito” cuando se habla de “conveniencia”. En realidad, no se puede reconocer el

“proposito” de la naturaleza, sin embargo nos ubicamos dentro de dicho marco como objetivo: erigir edificios que

tienen determinados propósitos, esto significan que son convenientes. Mientras que algunos toman como modelos

estructurales a la plantas y árboles, el arquitecto-ingeniero Santiago Calatrava toma como modelo a un “Toro”, pero no

su esqueleto como modelo estructural, sino que estudia el movimiento del animal y su forma, como fundamento para el

diseño de la sección transversal de un puente (4). Así el genera estructuras singulares con caracteristicas plásticas propia

de una escultura. Aquí se observa que sus diseños estructurales no se originan en el calculo estático, pero siempre busca

una posibilidad que sus formas plasticas concuerden con criterios físicos para asegurles equilibrio estático.

8. INFLUENCIAS DE LAS ARTES PLÁSTICAS EN LA ESTÉTICA ESTRUCTURAL: Las abstracciones de Lyonel

Feiningers: “objetos espaciales representados en un planos vistos como a travez de un cristal”, con muchas

particiones, de manera de fomar cortinas de luz materializan espacios virtuales (12). Esta imagen sirvio de fundamento

para el diseno de la Iglesia St. Paulus (13), Neuss-Weckhoven (Alemania), con su volumen de superficies plegadas, con

aberturas superiores disimuladas por las superficies plegadas, por las cuales entra iluminación natural y genera conos de

sombra, posibilitando un movimiento espacial interno de luces y sombras, pero esto fue posible gracias a la cáscara

estructural de hormigón armado: diseno estructural. Otro ejemplo de arte aplicado, es el caso de los arcos tubulares

metálicos, de donde cuelga un paso peatonal elevado en el predio de la Exposición Federal de Jardines de 1997 en

Gelsenkirchen (Alemania), con una luz estructural de 100 mts (14). Aunque los dos arcos se encuentran en dos niveles,

se los vivencia como un solo paso peatonal, con diferentes perspectivas visuales. El mismo concepto se utilizo para un

concurso arquitectónico para el en puente Havel, Berlin-Spandau (Alemania) (15), donde los apoyos en los pilones

sobre el rio Spree se realiza con una contra curva que luego contirnua hasta los apoyos finales en ambas costas. La

banda de rodamiento horizontal cuelga desde ambos arcos, los cuales se unen en el tramo central del puente

conformando así un espacio semicerrado virtualmente por los cables laterales inclinados y los arcos no paralelos.

En el caso del puente peatonal en Castrop-Rauxel (16) se ubica el centro del paso peatonal un tubo metálico con doble

curvatura, el cual termina apoyandose en el parterre que separa la banda central, desde donde nace el otro tubo metálico

central, también con una doble curvatura. Ambos tubos centrales sirven de apoyo a la viga doble “T” que conforma el

paso peatonal En otro puente peatonal en Oberhausen (Alemania) (17), se utiliza el mismo concepto pero con un solo

tubo metálico de forma parabólica invertida de manera que trabaja a compresión pura. El arco se ubica en el centro de la

superficie de paso peatonal y desde el mismo cuelga la superficie de paso con cables. No fue necesario ningun

contrafuerte lateral u otro tubo paralelo, pues las escaleras peatonales de acceso evitan los movimientos lateras.

9. ESTÉTICA Y REALIDAD CONSTRUCTIVA: Como ya se comento, la recepción del arte por parte de una sociedad

depende siempre de la ideología dominante en un cierto período de tiempo. Mientras que la belleza estuvo ubicada en el

centro de le estética artistica, ahora se la elimina del arte moderno. Además, en la arquitectura posmoderna y en la

deconstructivista, se ha dejado de lado los criterios de “sensato”, de “adecuado” y de “apropiado”. Se sabe que la

“Conveniencia” y la “Utilidad” están relacionados estrechamente con la “Renta Económica”, y también, en contra de

la sensibilidad estética. Sin embargo este criterio no se puede aplicar en construcciones racionales, como por ejemplo

en las iglesias góticas, cuando a los maestros constructores del medievo no se los puede acusar de que si incluian

tensores para absorver las acciones de tracción de los arcos, deberían haber eliminado los contrafuertes laterales que

materializan la reacción horizontal de los arcos apuntados. De igual manera, hubiera sido provechoso desde el punto de

vista económico, si Pier Luigi Nervi hubiera puesto una viga circular de tracción en la parte inferior de la cúpula en el

Palazzetto dello Sport, Roma (Italia) (18), así hubiera podido eliminar las columnas “Y” y sus fundaciones, para así

absorver las acciones horizontales de manera económica. En realidad sería una solución estructural acorde con la

estática, pero así como se lo diseño .y construyo resulta comprensible como una objeto arquitectónico de arte.

Conclusiones

Según el Prof. Dr. Ing. Stefan Polónyi (2003): A mediados del siglo XX se consideraba a la “honradez constructiva”

como un importante criterio para evaluar una estructura de un objeto arquitectónico. Sin embargo, este valor tiene

todavía validez, aunque los Posmodernos y Deconstructivistas no lo apliquen. Según este criterio se puede diferenciar,

si es la estructura una simple decoración del objeto arquitectónico, o si la misma sirve como elemento principal de la

construcción. Con los actuales avances de la informática se pueden plantear, diseñar y calcular formas y soluciones

estructurales totalmente libres e inclusive adaptar esquemas estructurales a formas plásticas. Así se puede alcanzar el

objetivo de “humanizar” las estructuras por medio de la libertad de creación plástica, por lo que dichas estructuras en

obras de arquitectura no solo podrían cumplir su función básica y esencial sino que tendrían un lugar en la historia del

arte. Se pudo apreciar que el “conocimiento” influye sobre la “Estética”, así tiene en el presente trabajo la intensión

de colaborar un poco para el goze del arte y en particular del goze del objeto artistico-estructural en la arquitectura”.-

 

Elementos estructurales

Las columnas de un edificio soportan el peso del techo y de los pisos superiores. Estos elementos están sometidos a una fuerza que tiende a aplastarlos: es la fuerza de compresión.

Los elementos estructurales que soportan fuerzas de compresión se llaman soportes. Suelen ser partes que se disponen de forma vertical. Las columnas como las de la foto, los pilares de una casa y las patas de una silla son elementos estructurales de este tipo.

Imagen:

Fuerza de compresión

Imagen:

Columnas

Los cables de un puente colgante soportan unas fuerzas que tienden a estirarlos: son las denominadas fuerzas de tracción.

Los elementos estructurales que soportan fuerzas de tracción se llaman tensores o tirantes. Los cables del puente y el cable de una grúa son ejemplos de tensores.

Imagen:

Fuerza de tracción

Imagen:

Puente

Un estante de un mueble soporta una fuerza que tiende a doblarlo. Es la fuerza de flexión.

Los elementos estructurales que soportan fuerzas de flexión se disponen horizontalmente y se llaman vigas o barras. El estante y la plataforma de un puente son también ejemplos de este tipo de elementos.

Imagen:

Fuerza de flexión

Imagen:

Estantería

La deformación que provoca la fuerza de flexión se puede observar con claridad en las estanterías: si colocamos muchos libros en un estante, podemos ver cómo la tabla acaba por deformarse. Como se dice vulgarmente, la tabla se «comba»: se curva y puede romperse si el peso es excesivo.

Imagen:

Estantería

El efecto de esta fuerza es mayor si la viga que soporta el esfuerzo es más larga. Así, cuanto más largo sea el estante, más fácil será que la tabla se curve. La distancia en vertical entre la línea de los apoyos y el punto de máxima deformación se denomina flecha. Esta es mayor cuanto más larga sea la viga.

Imagen:

Deformación

Diseño estructural

Indice

1. Etapas en el proceso de l diseño

2. Conceptos Fundament a les

3. Métodos del dise ñ o estructural

4. Acciones y sus efectos sob r e los sistemas estructurales

1. Etapas en el proceso del diseño

Proceso creativo mediante el cual se le da forma a un sistema estructural para que cumpla una función determinada con un grado de seguridad razonable y que en condiciones normales de servicio tenga un comportamiento adecuado. Es importante considerar ciertas restricciones que surgen de la interacción con otros aspectos del proyecto global; las limitaciones globales en cuanto al costo y tiempo de ejecución así como de satisfacer determinadas exigencias estéticas. Entonces, la solución al problema de diseño no puede obtenerse mediante un proceso matemático rígido, donde se aplique rutinariamente un determinado conjunto de reglas y formulas.

a)Etapa de estructuración

Es probable la etapa mas importante del diseño estructural pues, la optimización del resultado final del diseño depende de gran medida del acierto que se haya obtenido en adoptar la estructura esqueletal mas adecuada para una edificación específica.

En esta etapa de estructuración se seleccionan los materiales que van a constituir la estructura, se define el sistema estructural principal y el arreglo y dimensiones preliminares de los elementos estructurales mas comunes. El objetivo debe ser el de adoptar la solución optima dentro de un conjunto de posibles opciones de estructuración.

b)Estimación de las solicitaciones o acciones

En esta segunda etapa del proyecto, se identifican las acciones que se consideran que van a incidir o que tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil. Entre estas acciones se encuentra, por ejemplo, las acciones permanentes como la carga muerta, acciones variables como la carga viva. Acciones accidentales como el viento y el sismo. Cuando se sabe de antemano que en el diseño se tienen que considerar las acciones accidentales es posible seleccionar en base a la experiencia la estructuración mas adecuada para absorber dichas acciones.

c) Análisis estructural

Procedimiento que lleva la determinación de la respuesta del sistema estructural ante la solicitación de las acciones externas que puedan incidir sobre dicho sistema. La respuesta de una estructura o de un elemento es su comportamiento bajo una acción determinada; está en función de sus propias características y puede expresarse en función de deformaciones, agrietamiento, vibraciones, esfuerzos, reacciones, etc.

Para obtener dicha respuesta requerimos considerar los siguientes aspectos:

Idealización de la estructura.

Seleccionar un modelo teórico y analítico factible de ser analizado con los procedimientos de calculo disponible. La selección del modelo analítico de la estructura puede estar integrado de las siguientes partes:

I.- Modelo geométrico. Esquema que representa las principales características geométricas de la estructura.

II.- Modelo de las condiciones de continuidad en las fronteras. Debe establecerse como cada elemento esta conectado a sus adyacentes y cuales son las condiciones de apoyo de la estructura.

III.- Modelo del comportamiento de los materiales. Debe suponerse una relación acción - respuesta o esfuerzo - deformación del material que compone la estructura.

IV.- Modelo de las acciones impuestas. Las acciones que afectan la estructura para una condición dada de funcionamiento se representan por fuerzas o deformaciones impuestas.

Determinar las acciones de diseño

En muchas situaciones las cargas y otras acciones que introducen esfuerzos en la estructura están definidos por los reglamentos de las construcciones y es obligación del proyectista sujetarse a ellos.

Determinar la respuesta de las acciones de diseño en el modelo elegido para la estructura.

Es necesario obtener los elementos mecánicos y los desplazamientos en el sistema estructural.

Dimensionamiento

En esta etapa se define a detalle la estructura y se revisa si se cumple con los requisitos de seguridad adoptados.

2. Conceptos Fundamentales

La principal función de un sistema estructural es la de absorber las acciones o solicitaciones que se derivan del funcionamiento de la construcción.

Acciones:

Son todos los agentes externos que inducen en la estructura fuerzas internas, esfuerzos y deformaciones.

Respuestas:

Se representa por un conjunto de parámetros físicos que describen el comportamiento de la estructura ante las acciones que le son aplicadas.

Estado límite:

Es cualquier etapa en el comportamiento de la estructura a partir de la cual su respuesta se considera inaceptable.

Tipos de estados limite

Estado límite de falla

Son los que se relacionan con la seguridad y corresponden a situaciones en que la estructura sufre una falla total o parcial o que presenta daños que afectan su capacidad para resistir nuevas acciones.

Estado límite de servicio

Son los que se asocian con la afectación del correcto funcionamiento de la construcción y comprenden deflexiones, agrietamientos y vibraciones excesivas.

Resistencia:

Es la intensidad de una acción hipotética que conduce a la estructura o alguna sección a un estado límite de falla. Por ejemplo, la resistencia a flexión será el momento máximo que es capaz de resistir la sección.

3. Métodos del diseño estructural

Diseño por medio de modelos

Se recomienda en el diseño de elementos estructurales de forma muy compleja que no son fáciles de analizar por medio de los modelos matemáticos usuales.

Método de los esfuerzos de trabajo o de esfuerzos permisibles o teoría elástica

Los elementos mecánicos producidos en los distintos elementos por las solicitaciones de servicio o de trabajo se calculan por medio de un análisis elástico. Se determinan después los esfuerzos en las distintas secciones debido a los elementos mecánicos, por métodos también basados en hipótesis elásticas. Los esfuerzos de trabajo así calculados, deben mantenerse por debajo de ciertos esfuerzos permisibles que se consideran aceptables, el método es razonable en estructuras de materiales con un comportamiento esencialmente elástico.

Método de la resistencia o método de factores de carga y de reducción de resistencia o teoría plástica

Los elementos mecánicos se determinan por medio de un análisis elástico-lineal. Las secciones se dimensionan de tal manera que su resistencia a las diversas acciones de trabajo a las que puedan estar sujetas sean igual a dichas acciones multiplicadas por factores de carga, de acuerdo con el grado de seguridad deseado o especificado. La resistencia de la sección se determina prácticamente en la falla o en su plastificación completa.

Métodos basados en el análisis al limite

En este criterio se determinan los elementos mecánicos correspondientes a la resistencia de colapso de la estructura. (Formación de suficientes articulaciones plásticas para llegar a la falla total de la estructura).

Se hace un análisis estructural plástico.

Métodos probabilisticos

Las solicitaciones que actúan sobre las estructuras, así como las resistencias de estas son cantidades en realidad de naturaleza aleatoria, que no pueden calcularse por métodos deterministicos como se supone en los criterios de diseño anteriores. Esto nos conduce a pensar en métodos basados en la teoría de las probabilidades.

Las principales limitaciones que se tienen en la actualidad son que no se tiene suficiente información sobre las variaciones tanto de las solicitaciones que deben de considerarse como la resistencia de los materiales y de las estructuras construidas con ellos.

4. Acciones y sus efectos sobre los sistemas estructurales

Clasificación:

Atendiendo los conceptos de seguridad estructural y de los criterios de diseño, la clasificación mas racional de las acciones se hace en base a la variación de su intensidad con el tiempo. Se distinguen así los siguientes tipos de acciones:

Acciones permanentes.

Son las que actúan en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad pude considerarse que no varía con el tiempo. Pertenecen a este grupo las siguientes.

1.- Cargas muertas debidas al propio peso de la estructura y al de los elementos no estructurales de la construcción

2.- Empujes estáticos de líquidos y tierras

3.- Deformaciones y desplazamientos debido al esfuerzo de efecto del pre-esfuerzo y a movimientos diferenciales permanentes en los apoyos

4.- Contracción por fraguado del concreto, flujo plástico del concreto, etc.

Acciones variables.

Son aquellas que inciden sobre la estructura con una intensidad variable con el tiempo, pero que alcanzan valores importantes durante lapsos grandes

Se pueden considerar las siguientes:

1.- Cargas vivas, o sea aquellas que se deben al funcionamiento propio de la construcción y que no tienen carácter permanente

2.- Cambios de temperaturas

3.- Cambios volumétricos

Acciones accidentales.

Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de la construcción y que puede tomar valores significativos solo durante algunos minutos o segundos, a lo mas horas en toda la vida útil de la estructura.

Se consideran las siguientes

1.-Sismos

2.-Vientos

3.-Oleajes

4.-Explosiones

Para evaluar el efecto de las acciones sobre la estructura requerimos modelar dichas acciones como fuerzas concentradas, lineales o uniformemente distribuidas.

Si la acción es de carácter dinámico podemos proponer un sistema de fuerzas equivalentes o una excitación propiamente dinámica.

Trabajo enviado por:

Miguel Lopez Gonzalez

milogo@hotmail.

LOS NUEVOS MATERIALES EN LA ARQUITECTURA

Mg. Arq. Andrés Felipe PÉREZ MARÍN

Arquitecto Universidad Nacional de ColombiaMagíster en Construcción. Universidad Nacional de Colombia, Universidad Politécnica de Valencia. Profesor Asistente Área de Tecnología1

afperezm@unal.edu.co

LOS NUEVOS MATERIALES EN LA ARQUITECTURA

“NUESTRO TIEMPO SE DISTINGUE DE LAS GRANDES ÉPOCAS ARQUITECTÓNICAS DE LA HISTORIA PRIMORDIALMENTE POR LA EXISTENCIA CONCURRENTE DE MUCHAS TENDENCIAS PARCIALMENTE OPUESTAS. NO ES FÁCIL, NI PARA EL EXPERTO BIEN INFORMADO, ORIENTARSE EN ESTE CAOS APARENTE. LA SITUACIÓN ES TANTO MÁS DIFÍCIL PARA EL ESTUDIANTE O PARA EL AFICIONADO INTERESADO EN ESTOS TEMAS”.2

Materiales en la construcción3

Historia

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su condición. Las primeras edades en las que se clasifica nuestra historia (ver fig. 1), llevan sus nombres de acuerdo al material desarrollado y que significó una época en nuestra evolución. La edad de piedra con las primeras herramientas y armas para cazar fabricadas en ese material, la edad de bronce en la que se descubre la ductilidad y multiplicidad de ese material, seguida de la

1 Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá, Facultad de Artes, Escuela Arquitectura y Urbanismo.2 CEJKA Jan. Tendenzen zeitgenössischer Architektur, 1ª ed., Stuttgart: W. Kohlhammer GMBH, 1993, pág. 7. (Versión castellana: Tendencias de la arquitectura contemporánea, 2ª ed., Barcelona: Editorial Gustavo Gili, S.A., 1995, Pág. 7.) 3 Documento Original, Los materiales en la construcción. Biblioteca Luís Ángel Arango.

edad de hierro en la que este reemplaza al bronce por ser un material más fuerte y con más aplicaciones, etc.

Figura 1. Los Materiales en la Construcción - Cronología

Los productos de los que se ha servido el hombre a lo largo de la historia para mejorar su nivel de vida o simplemente para subsistir han sido y son fabricados a base de materiales, se podría decir que estos están alrededor de nosotros estemos donde estemos. De ellos depende en parte nuestra existencia. Hay muchos más materiales de los que utilizamos día a día, los que vemos en las ciudades o los que utilizamos en nuestro quehacer diario.

Tipos de materiales

Los materiales están divididos en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos, y cerámicos.

Materiales metálicos:Estos son sustancias inorgánicas compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos elementos no metálicos, como el carbono. (Hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio).

Figura 2. Materiales metálicos. Kansai International Airport Terminal Osaka, Japón, 1988-1994. Renzo Piano Building Workshop, architects.

Materiales cerámicos:Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidrio, la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasa conductividad tanto eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad y resistencia al impacto.

Figura 3. Vidrio. Entrance Hall of University of Bremen. Gesellschaft für Licht-und Bautechnik

mbH.

Materiales poliméricos:En estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas.

Figura 4. Polímeros. RICHARD ROGERS, Domo del Tercer Milenio, Londres 1999.

Superficie cubierta: 80.000m2.

En la historia de la ingeniería y la arquitectura se ha utilizado una gran variedad de materiales. Sin embargo se han saltado etapas, o no se han desarrollado de manera adecuada, lo que ha hecho que la estética de algunas ciudades sea muy disímil o permanezca por tiempo prolongado igual, mientras que en el mundo cambia.

Aunque con el paso de los años esta imagen está cambiando, se esta tomando conciencia de la importancia de la estética de la ciudad y lo favorable que es para mejorar la calidad de vida de sus habitantes.

Hoy en día en el mundo la investigación y propuesta sobre nuevos materiales está muy avanzada. Aún nosotros no tenemos la formación y la cultura del desarrollo, cuando se nos presentan materiales como los paneles de yeso-cartón, fibrocemento, materiales sintéticos y otros, seguimos convencidos que aquel material que no tiene un peso específico alto no posee las características estructurales adecuadas para generar construcciones con altas especificaciones de sismo-resistencia y durabilidad.

Materiales para la construcción en el siglo XXI en el mundo

Cada vez se logran mayores distancias entre apoyos en los puentes, estadios y cualquier estructura. Cada vez las construcciones responden mejor a los fenómenos naturales, son más livianas, etc. Esto se puede ver casi en todos los eventos internacionales en los que cada país (cuando tiene los medios económicos necesarios) presenta al mundo escenarios con características constructivas hace años no pensadas, y esto gracias a los materiales, en los que se trabaja día a día. Se puede afirmar que las estructuras metálicas tendrán larga vida, así mismo las aleaciones, buscando nuevas mejoras de características de los materiales, buscadas por los ingenieros y pensando siempre en el confort, la palabra clave cuando se habla de adelantos en materiales usados en la construcción llamada a solucionar los problemas espaciales del hombre. Así mismo los materiales traslucidos que dan privacidad y a la vez permiten ver todo como si no existieran muros, de gran resistencia y cada vez de mayores tamaños, los plásticos que tienen nuevas aplicaciones cada día, son los que darán muy seguramente la pauta en construcción en este siglo.

Figura 5. Estructuras de grandes luces. Anteproyecto Puente de Gibraltar. Tomado de www.cfcsl.com

La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados, constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación. Puesto que la producción necesita materiales, los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de estos, de modo que sean capaces de seleccionar el más adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de procesado.Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o para modificar las propiedades de los ya existentes. Los ingenieros de diseño usan los materiales ya existentes, para diseñar o crear nuevos productos y sistemas. Algunas veces el problema surge de modo inverso: los ingenieros de diseño tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los científicos investigadores e ingenieros.

La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que los motores de reacción puedan funcionar más eficientemente. Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas, etc. Aun cuando sabemos que han aparecido muchos materiales novedosos  en el siglo XX, hemos incorporado a la arquitectura muy pocos de ellos siempre de forma tardía y con desconfianza. ¿Qué ha pasado entonces con el arquitecto y su oficio en el comienzo de este siglo? Pareciera que el arquitecto espera a que le digan qué material puede ser usado en la construcción porque tiene ya muchos años de haber sido probado con éxito en otras ramas de la industria; cree que no estamos interesados en buscar nuevas aplicaciones inmediatas a los nuevos materiales emergentes descubiertos; piensa que vivimos acostumbrados a cierto tipo de materiales y procedimientos, que un poco por amor a ellos y otro poco por desconocimiento de otros, hemos seguido utilizando por más de 5,000 años y, según parece, considera que deseamos seguir utilizándolos en el próximo milenio.

... "Tenemos lo suficiente para construir con técnicas avanzadas, si sabemos de ellas. [...] La aviación y la conquista espacial nos han señalado rumbos, mismos que nosotros queremos ignorar. [...] Queremos seguir sosteniendo la artesanía en vez de meternos en el nuevo mundo de

la industria de la construcción. [...] No hemos querido emplear ni los materiales, ni los procedimientos de las nuevas técnicas"4...

Principalmente los materiales más recientes y más sofisticados tienen directamente que ver con países industrializados como Estados Unidos y algunos países europeos, en donde el apoyo para las ciencias es grande en la búsqueda por sobresalir en materia científica.

Los científicos trabajan buscando en pruebas de laboratorio por medio de diversos instrumentos en la física, la química y la metalurgia nuevas maneras para usar el plástico, la cerámica y otras sustancias no metálicas en aplicaciones antes reservadas únicamente para los metales.

Los nuevos materiales

¨ES POSIBLE QUE LA SEGUNDA MITAD DEL SIGLO XX Y EL SIGLO XXI SEAN CONSIDERADOS COMO LA ÉPOCA DE LOS PRODUCTOS SINTÉTICOS, ES DECIR, DE LOS PLÁSTICOS, LAS FIBRAS ARTIFICIALES, LOS CAUCHOS SINTÉTICOS, LOS MATERIALES COMPUESTOS Y LOS ADHESIVOS SINTÉTICOS. DESDE HACE APROXIMADAMENTE 100 AÑOS SE HA IDO CREANDO UNA INDUSTRIA MASIVA QUE SIMBOLIZA AL SIGLO XX DEL MISMO MODO QUE EL HIERRO Y EL ACERO CARACTERIZARON AL SIGLO XIX ¨ 5

INTRODUCCIÓN

La llamada ciencia de los materiales es una rama del conocimiento relativamente reciente y muy activa. Sus equipos de investigación, esencialmente multidisciplinares (físicos, químicos, ingenieros, informáticos, biólogos e incluso médicos), basan su trabajo en el centenar de elementos de la tabla periódica, las piezas químicas que componen la materia del universo. Con este aparente reducido número de elementos el número de combinaciones que se pueden realizar es tan grande que puede considerarse que acabamos de abrir las puertas de un futuro que actualmente sólo podemos imaginar.

En la actualidad, gran parte de lo que anteriormente se fiaba a la intuición o a la buena suerte se fundamenta en la aplicación de los constantes descubrimientos en física y química básica, algunos de los cuales acaban siendo incluso premios Nóbel. Los diseñadores de nuevos materiales utilizan sistemas de simulación por computador para combinar átomos, calcular su estructura molecular y deducir sus propiedades físicas y químicas. A partir de ahí, elaboran los prototipos reales de aquellos modelos que tienen más posibilidades de poseer las propiedades buscadas, con el consiguiente ahorro de tiempo y costos.

El desarrollo de nuevos materiales va dejando obsoletas las clasificaciones tradicionales de los materiales, y las líneas de investigación abiertas y prometedoras son múltiples. Por ejemplo, la fundación COTEC6 para la Innovación Tecnológica estima que, sólo en la UE, se han elaborado 1.400 proyectos de investigación en esta área en los últimos años.

4 BARBARA ZETINA, Fernando. "Materiales y procedimientos de construcción". Editorial National Text Book. México, 1990.5 Los nuevos materiales en la construcción. Antonio Miravete di Marco. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza, 19946 COTEC, Fundación para la Innovación Tecnológica. España. "COTEC es una fundación de origen empresarial que tiene como misión contribuir al desarrollo del país mediante el fomento de la innovación tecnológica en la empresa y en la sociedad españolas."

Según Emilio Castro Otero, investigador del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), los nuevos materiales con que conviviremos en nuestra vida diaria durante el siglo XXI se desarrollarán a la medida, con el fin de obtener un material con unas propiedades adecuadas para una aplicación determinada y serán “nano”, inteligentes y biomiméticos, así como energéticamente más eficientes, reciclables y menos tóxicos a favor del medio ambiente y el desarrollo sostenible.

Un elemento que está siendo cada vez más utilizado es el denominado composite, un compuesto que une dos o más materiales, normalmente fibras introducidas en una resina polimérica (plásticos).

Los primeros materiales compuestos o “composites” aparecieron durante la Segunda Guerra Mundial. Se trata de materiales heterogéneos, constituidos por una matriz plástica orgánica (polímero) asociada con un refuerzo fibroso, por lo general de vidrio o de carbono, que puede presentarse en forma de partículas, mats, fibras cortas, largas o continuas. Son termoestables o termoplásticos y su historia se remonta, según los casos, a menos de cincuenta años o apenas una década.

Según las características de la matriz y de los refuerzos, se distinguen generalmente dos grandes familias: los “composites” de gran difusión, poco onerosos, que ocupan una cuota importante del mercado, y los “composites” de altas prestaciones. Estos últimos, generalmente reforzados con fibras continuas de carbono o de aramida, están reservados a sectores de alto valor agregado: aeronáutica, medicina, deportes y recreo.

Pero ya se han desarrollado más de una docena de procedimientos de aplicación, lo cual es mucho más que las grandes técnicas de transformación de metales desde hace doscientos años: fundición, sinterización, forja, embutición, soldadura.

Los materiales compuestos se definen de manera general, se les llama así a los materiales estructurales que están construidos ó “compuestos” por elementos químicamente dispares.

Bajo esta definición general, los aviones de madera contra-chapada, y aún las estructuras alveolares de metal pueden considerarse como materiales compuestos (debido a que han sido unidos con adhesivos); pero la aceptación moderna es más limitada.

En el lenguaje común actual, los materiales compuestos son aquellos en los que las fibras de unas sustancias están incorporadas en una matriz de otra sustancia, habitualmente un plástico, para crear un material con propiedades mecánicas especiales. 

Comúnmente, también se designa a estos materiales como plásticos de fibra reforzada, pero esta expresión es algo engañosa por cuanto hace pensar que el material fundamental es el plástico y que las fibras son elementos accesorios. En realidad son las fibras las que casi siempre soportan la carga de los elementos y las matrices plásticas sirven únicamente para estabilizarlas y repartir las cargas entre ellas.

Los materiales compuestos estructurales, según los conceptos actuales difieren por ejemplo de los ladrillos de adobe o de hormigón reforzado con acero, en los que la paja o el acero proporcionan la resistencia a la tracción. En los materiales compuestos sintéticos modernos, tanto la fuerza tensora como la compresión las soporta el “refuerzo” fibroso.

Aún con esta definición, los materiales compuestos no son algo nuevos; la fibra de vidrio y la baquelita reforzada con resina epóxica han sido utilizadas durante decenas de años en una enorme variedad de productos. Lo que es nuevo actualmente es una gama de materiales compuestos avanzados; materiales que utilizan fibras de gran rendimiento como el carbono, la aramida, o el vidrio “S” en matrices epóxicas (lo mas generalizado) y, cada vez mas, poliamidas y materiales o termoplásticos exóticos.

Estos materiales superan las aleaciones metálicas en resistencia y rigidez, son mucho más livianas, tienen características superiores de fatiga y, lo que es muy importante, son prácticamente inmunes a la corrosión. Por consiguiente están sustituyendo a los materiales en muchas aplicaciones en aeronaves, tanto civiles como militares.

Empleo de los nuevos materiales en la construcción

Los Materiales Compuestos, constituidos por fibras de refuerzo embebidas en una matriz de resina, presentan una serie de ventajas que los hacen altamente competitivos frente a los materiales tradicionalmente empleados en la construcción. “Los nuevos materiales se caracterizan por su ligereza, sus densidades oscilan entre 0.03 y 2.0 k/dm ³, lo cual aporta enormes ventajas tanto desde el punto de vista de economía y facilidad de transporte, como del de economía y facilidad de montaje. Sin olvidar la disminución significativa de cargas muertas” 7 .

 

“Como aspectos que limitan su uso, se debe subrayar la falta de mentalización entre los usuarios y el escaso conocimiento que de estos materiales se tiene… El costo es otro aspecto que en algunos casos limita su utilización pero es necesario subrayar que mediante un diseño adecuado y tras evaluar las ventajas económicas que conlleva el uso de estos materiales: ligereza, economía de montaje y transporte, reducción de cargas muertas, mantenimiento prácticamente nulo, eliminación del proceso de pintura, se puede afirmar en la mayoría de los casos, que el uso de estos materiales es rentable.”8

7 MIRAVETE Antonio, Los nuevos materiales en la construcción, 1ª ed, Zaragoza: Editado por A. Miravete, 1994, Pág. 138 MIRAVETE Antonio, Los nuevos materiales en la construcción, 1ª ed, Zaragoza: Editado por A. Miravete, 1994, Pág. 14

COMPOSITE: MATRIZ + FASE DISPERSA

La Matriz es continua y envuelve la otra fase, llamada frecuentemente Fase Dispersa.

Definición de los materiales compuestos9

Un compuesto estructural es un sistema material consistente de dos o más fases en una escala macroscópica, cuyo comportamiento mecánico y propiedades están diseñados para ser superiores a aquellos materiales que lo constituyen cuando actúan independientemente. Una de las fases es usualmente discontinua, conocida regularmente como fibra (ver fig. 6), la cual es un material rígido y otra fase débil en continuo que es llamada matriz (ver fig. 7).

Las propiedades de un material compuesto dependen de las propiedades de los elementos, geometría, y distribución de las fases. Uno de los parámetros más importantes es la fracción en volumen o en peso de fibras en el material compuesto.

La distribución del refuerzo determina la homogeneidad o uniformidad del sistema del material. Cuanto menos uniforme es la distribución del refuerzo, y cuanto más heterogéneo sea, causará una alta probabilidad de falla en las áreas débiles. La geometría y orientación del refuerzo afecta la anisotropía del sistema.

Figura 6. Estructura de un material compuesto. Fibra (diagrama de distribución)

9 PÉREZ MARÍN Andrés Felipe, Aplicación de nuevos materiales a soluciones de vivienda en Colombia. Tesis de Maestría. Bogotá, 2005

COMPOSITES

Reforzadocon

Fibras

Estructural

Reforzadocon

Partículas

Partículas Grandes

Reforzado por dispersión

Continuo (alineado)

Discontinuo (corto)

Laminados

Paneles tipo sándwich

Alineado

OrientadoAleatoriamente

Figura 7. Estructura de un material compuesto. Matriz (diagrama de un plástico con modelos moleculares)

Las fases del sistema compuesto tienen diferentes funciones que dependen del tipo y aplicación del material compuesto. En el caso de un material compuesto de bajo o medio comportamiento, el refuerzo es usualmente en la forma de fibras cortas o partículas, proporcionando alguna rigidez, pero sólo frente a esfuerzos locales del material. La matriz en cierta forma es el principal elemento que soporta cargas gobernando las propiedades mecánicas del material. En el caso de compuestos estructurales de alto comportamiento, son usualmente reforzados con fibra continua, la cual es la columna vertebral del material que determina la rigidez y refuerzo en la dirección de la fibra y los esfuerzos locales se transfieren de una fibra a otra. La interfase a pesar de su corto tamaño, puede jugar un importante rol en controlar el mecanismo de fractura, la fuerza para fracturar y en conjunto el comportamiento, esfuerzo - deformación del material.

Figura 8. Configuración general de un material compuesto.

Como son y serán los nuevos materiales

“LA OBTENCIÓN DE NUEVOS, SINGULARES Y ASOMBROSOS MATERIALES DESCUBIERTOS A TRAVÉS DE LA NANOTECNOLOGÍA, ESTÁN MODIFICANDO NUESTRA COMPRENSIÓN DEL MUNDO Y NUESTRO FUTURO INMEDIATO. LA ARQUITECTURA TENDRÁ QUE UTILIZAR ESTOS MATERIALES, TARDE O TEMPRANO, PARA CONCEBIR EL ESPACIO QUE HABITAREMOS EN EL SIGLO XXI”.10

10 OCAMPO RUIZ, Ernesto. Nanotecnología y Arquitectura. UNAM, México D.F., 1998

La nanotecnología es uno de los novedosos campos que promete cambios espectaculares en la fabricación de nuevos materiales. La nanotecnología es la ciencia de fabricar y controlar estructuras y máquinas a nivel y tamaño molecular, capaz de construir nuevos materiales átomo a átomo. Su unidad de medida, el nanómetro, es la milmillonésima parte de un metro, 10-9 metros. Algunos de estos dispositivos se utilizan en la actualidad, como por ejemplo los nanotubos, pequeñas tuberías conformadas con átomos de carbono puro para diseñar todo tipo de ingenios de tamaño nanoscópico.

Daniel López, investigador del laboratorio de Nanofabricación de Bell Labs, de Lucent Technologies, habla también de los metamateriales, compuestos cuyas propiedades físicas son distintas a la de sus constituyentes. Algunos de ellos se fabrican con técnicas de nanotecnología similares a las que se usan para fabricar micromáquinas y circuitos integrados. Según López, una ventaja de estos metamateriales es que con ellos se podrían fabricar lentes planas que permitirían enfocar la luz en áreas más pequeñas que la longitud de onda de la luz, con lo que podrían conseguirse aplicaciones en el terreno de la óptica o de las comunicaciones totalmente inéditas. Una de estas posibles aplicaciones serían los ordenadores ópticos, muchísimo más potentes y rápidos que los actuales, aunque su desarrollo se encuentra todavía en una fase muy preliminar. Asimismo, los materiales inteligentes revolucionarán la forma de concebir la síntesis de materiales, puesto que serán diseñados para responder a estímulos externos, extender su vida útil, ahorrar energía o simplemente ajustarse para ser más confortables al ser humano. Así, las investigaciones en nanomateriales permitirán en el futuro, por ejemplo, sistemas de liberación de fármacos ultra-precisos, nanomáquinas para microfabricación, dispositivos nanoelectrónicos, tamices moleculares ultra-selectivos y nanomateriales para vehículos de altas prestaciones. Según Emilio Castro Otero, investigador del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), los materiales inteligentes podrán replicarse y repararse así mismos, e incluso, si fuera necesario, autodestruirse, reduciéndose con ello los residuos y aumentando su eficiencia. Entre los materiales inteligentes que se están investigando se encuentran los músculos artificiales o los materiales que “sienten” sus propias fracturas.

Algunos ejemplos que podemos encontrar de nuevos materiales a partir de la nanotecnología son:

METALES TRANSPARENTES.

Esta tecnología desarrollada inicialmente por el INSTITUTO METALÚRGICO DNEPROPETROVSK De Ucrania, hoy es comercializada incluso fuera de ese país como en ESTADOS UNIDOS a través de la empresa DMK Tek.

Es un proceso que incorpora micro poros o nanoporos en su estructura así, los metales tratados llegan a ser porosos y translucidos, dejan pasar a través de ellos la luz y además de esto son extraordinariamente ligeros.

Metales transparentes

ACERO

Figura 9. Acero nanoestructurado.

ALON

Llamado también aluminio transparente. Es un aluminio modificado de tal forma que permite cualidades de transparencia; es utilizado actualmente en la industria automotriz como blindaje, en la construcción de naves espaciales y en estos momentos se hacen algunas pruebas como su utilización de vidrio en las viviendas.

Figura 10. Aluminio nanoestructurado.

CONCRETO TRASLÚCIDO: novedoso material de construcción.

Un novedoso material que otorgará luminosidad a los espacios cerrados. Los días del hormigón gris y oscuro están quedando atrás. El arquitecto húngaro Áron Losonczi ha mezclado cemento, el material más popular del mundo, con fibra óptica, para crear un nuevo tipo de hormigón que permite el paso de la luz.

Una pared realizada con este material, denominado 'Litra Con', tiene la solidez y resistencia del hormigón tradicional y además, gracias a las fibras de cristal que se le han incorporado, tiene la posibilidad de permitir visualizar las 'siluetas' del espacio exterior.

Figura 11. Concreto traslucido.

Concreto Transparente, Materiales Inteligentes, Metales que Recuerdan…

Finalmente, es injusto adentrarse en un recuento de grandes sondas de exploración de un futuro tecnológico a mediano y largo plazo sin un preámbulo que aludiera, aún cuando someramente, al área de los materiales de construcción y a sus fascinantes posibilidades futuras, en un plano más cercano y aprehensible a nosotros que lo que habría de constituirse en el leit motif de este articulo. De hecho, el concreto transparente promovido a través de su experimentación por un personaje de la talla de Rem Koolhaas (apoyado por Bill Price), nos hace presentir la probable irrupción en el

mercado de innovadoras líneas de materiales que deberán ejercer un impacto notable sobre nuestras formas arquitectónicas y urbanas.

En otro plano de evolución se mueven los denominados materiales inteligentes una línea de investigación derivada, entre otros factores de influencia de la siempre creciente carga digital de las edificaciones de hoy. La posibilidad de imbuir a nuestros actuales rígidos materiales de construcción con una capacidad mayor de asumir y de aceptar tareas a través de la incorporación de componentes digitales constituye un poderoso atractivo de investigación en los ámbitos académicos, industriales y comerciales.

Caso enteramente diferente y atípico en su mayor independencia de la tecnología digital e informática es el de los metales que recuerdan y su abanderado el Nitinol, concepto formulado hace ya bastantes años y con aplicaciones destacadas en áreas de conocimiento como la medicina. En esencia se trata de aleaciones metálicas que, en forma de alambre, poseen la extraña propiedad de recuperar formas adoptadas al regresar al nivel de temperatura en el cual fueron originalmente deformadas.

Un ejemplo que ilustra el concepto fue reseñado hace algún tiempo en la revista “Scientific American”: imagínese una sonda metálica que ha sido deformada hasta adquirir una forma análoga a la estructura de un diminuto paraguas bajo rigurosas condiciones de temperatura T1. Luego al ser sometida a otra determinada temperatura T2 la sonda recupera su forma original totalmente recta. De esta forma se genera una útil herramienta de apoyo a cateterismos según la cual la sonda es introducida en la arteria bajo condiciones de temperatura T2 y luego llevada a temperatura T1 adquiere una forma aparaguada que le permite arrastrar coágulos hasta extraerlos de la arteria o reforzar paredes arteriales debilitadas.

Llevado al plano de la especulación arquitectónica pudiéramos imaginar, entre muchas aplicaciones, ahorros significativos de transporte de estructuras en forma compacta y lineal para luego, a nivel de obra, recuperar su forma estructural bajo el rango flexible de condiciones ambientales imperantes.

Problemas de costos, entre otros, han diferido por largo tiempo la aparición de los metales que recuerdan y sus derivados en el mercado de la construcción, pero no por ello dejan de ser una de las más interesantes especulaciones con relación a sus aplicaciones arquitectónicas y constructivas.

CONCLUSIONES

Frank Lloyd Wright dijo acertadamente que "en algunas mentes, hay duda o temor o esperanza, de que la arquitectura esté trasladando su circunferencia. Así como la pala de cemento y algunos ladrillos ceden el paso al metal laminado, y a la trituradora; así como el obrero le da paso a la máquina automática, así el arquitecto parece estar dándole paso al ingeniero, al vendedor o al propagandista... [Por el contrario]…la circunferencia de la arquitectura está cambiando con asombrosa rapidez, pero su centro permanece inamovible".

El desarrollo de nuevos materiales, materiales muy livianos, nos permite crear una estructura de bajo peso la cual se diseña para ser desmontada en su totalidad facilitando su transporte, ensamble y montaje en obra.

Las propiedades mecánicas comparadas con los materiales tradicionales son mucho mas altas, lo que garantiza primero la disminución de deformaciones por el incremento del peso propio, segundo, factores de seguridad mayores, y tercero una relación adecuada masa - carga.

El empleo de materiales livianos y sistemas constructivos que faciliten el transporte, la adecuación y la solución de viviendas y edificaciones de gran calidad en las diferentes zonas que componen el territorio colombiano, debe ser prioritario en un país como el nuestro que se niega a aceptar que estamos en una gran zona de amenaza sísmica, con condiciones climatológicas desfavorables, estado de guerra permanente y que aún no implementa sistemas constructivos adecuados para el empleo de nuevos materiales.

Y PROCLAMO:11

1.- QUE LA ARQUITECTURA FUTURISTA ES LA ARQUITECTURA DEL CÁLCULO, DE LA AUDACIA TEMERARIA Y DE LA SENCILLEZ; LA ARQUITECTURA DEL HORMIGÓN ARMADO, DEL HIERRO, DEL CRISTAL, DEL CARTÓN, DE LA FIBRA TEXTIL Y DE TODOS LOS SUSTITUTOS DE LA MADERA, DE LA PIEDRA Y DEL LADRILLO, QUE PERMITEN OBTENER LA MÁXIMA ELASTICIDAD Y LIGEREZA;

2.- QUE LA ARQUITECTURA FUTURISTA, SIN EMBARGO, NO ES UNA ÁRIDA COMBINACIÓN DE PRACTICIDAD Y UTILIDAD, SINO QUE SIGUE SIENDO ARTE, ES DECIR, SÍNTESIS Y EXPRESIÓN;…

11 SANT´ELIA Antonio, MANIFIESTO DE LA ARQUITECTURA FUTURISTA, 1914