APUNTES PREPARADO CON FINES ACADÉMICOS PARA EL CURSO DE INTRODUCCION A LA ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD DE LOS LAGOS - CAMPUS PUERTO MONTT A.A 2018

profesor

GIAN PIERO CHERUBINI ZANETEL

Imagen de la portada

Proyecto Diógenes

Arquitecto Renzo Piano.

Año 2013

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TECNICA Y ARQUITECTURA

La historia de la arquitectura es el resultado de la interacción entre la evolución de las técnicas que permitieron la construcción de espacios habitables, y la historia de la transformación de los conceptos de configuración espacial.

Desde su aparición el hombre ha modificado el ambiente en el cual vive, ha construido edificios, casas, pueblos y ciudades, en su búsqueda por crear un lugar que le otorgue protección y cobijo. Estas transformaciones, las hizo de acuerdo a los conocimientos técnicos que tenía, y los que adquiría por medio de la forma de aprender a través de los errores. Hoy, el ambiente en que vivimos es en gran parte el fruto de esta estratificación plurisecular. Estratificación que es posible encontrar en muchos y pequeños vestigios de épocas diversas, que conviven en un único conjunto, que es el testimonio vivo y actual de la historia del hombre.

Conocer la historia de la arquitectura permite sensibilizarse con el propio ambiente de vida, conocer los signos y colocarlos en su dimensión temporal, significa apreciar el valor de testimonio histórico del hábitat del hombre, como un lugar lleno de significado y memoria, y no como un espacio anónimo y banal.

No solo el espacio y su configuración son parte de la historia y de la teoría de la arquitectura. También lo son las estructuras y los sistemas constructivos, ya que estos son el soporte físico de las formas y de los espacios arquitectónicos.

En este texto se mostrará la relación entre la técnica y la arquitectura, considerando principalmente los aspectos relativos a la construcción. Sin embargo, los primeros dos títulos son de índole filosófico, y en ellos se propone una

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reflexión más amplia, a partir del pensamiento de los filósofos Aristóteles de Estagira y Martín Heidegger.

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RESISTENCIA

Es indispensable que los edificios conserven su integridad al ser ocupados por las personas, o al ser sometido a fuerzas externas como el viento o un terremoto. Si una viga se rompe al poner un mueble encima, o una pared se desploma producto del viento, si cae una palmeta cerámica puesta en un muro, significa que la resistencia del material ha fallado.

Este requisito es exigido para una parte del edificio, para la totalidad de la estructura, o simplemente para la instalación de un revestimiento.

Este principio es indispensable, ya que el colapso de un edifico o una parte de él, significa, poner en riesgo la vida de las personas, así como pérdidas económicas

DEFORMABILIDAD

Los materiales de construcción reaccionan ante los factores medioambientales. Las diferencias térmicas, o la humedad del aire afectan sus dimensiones. El acero se expande a medida que aumenta la temperatura, o se encoge con el frío. La madera se hincha con la humedad. Al ser sometidos a cargas o esfuerzos externos los elementos estructurales se deforman.

Estos hechos son importantes de ser considerados, ya que estas deformaciones producen efectos secundarios al no ser considerados al momento de proyectarlos, afectando elementos frágiles como los vidrios que se rompen con una deformación muy pequeña, o el colapso de un muro de hormigón, debido a la expansión térmica de una estructura de acero.

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PRINCIPIO DE EQUILIBRIO ESTÁTICO

El concepto básico de equilibrio es el de reposo. Referido a los cuerpos significa que las fuerzas a las que está sometido se contrarrestan de tal manera que este no se mueve.

Un cuerpo sólido puede tener tres tipos de equilibrio. El primero es el Equilibrio Estable, que es el que tiene un cuerpo cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo lo mantienen en su posición inicial. El equilibrio Inestable ocurre cuando las fuerzas aumentan el movimiento del cuerpo y este se desplaza, buscando una nueva situación de equilibrio. Finalmente un cuerpo tiene Equilibrio Indiferente, cuando al desplazarlo un poco de su posición de equilibrio, se encuentra de nuevo en equilibrio

TIPOS DE EQUILIBRIO

Una manera sencilla de entender estos conceptos es considerar un cono apoyado de diversas maneras sobre una superficie. Si se apoya sobre su base el cono está estable, es decir que permanece en ese lugar; si lo hace sobre el vértice

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está inestable, por lo que caerá; mientras que, si se apoya sobre la línea generatriz, el equilibrio es indiferente y al moverse a una nueva posición permanecerá en ella.

Obviamente, para el caso de un edificio, solo es posible que tenga equilibrio estable, ya que cualquiera de los otros dos significaría que el edificio colapse.

LAS FUERZAS BÁSICAS

La condición de los edificios es que estén en equilibrio estable, porque de otra manera se destruiría o se desplazaría. Para garantizar la estabilidad se deben usar nociones de estática y ciencia de la construcción, es decir principios de física y química que aseguren el equilibrio de fuerzas en la construcción, para que el edificio permanezca en pie.

TENSIONES ESTRUCTURALES

Las fuerzas que actúan en una construcción son múltiples. Antes que nada está el peso propio de la estructura y el sobrepeso que es producto del uso, es decir que incluye a las personas, los muebles, las cosas y artefactos necesarios para el buen uso del espacio. Además incluye a las fuerzas externas producto de los agentes atmosféricos como la lluvia o el peso de la nieve, las solicitaciones ordinarias como la vibración producto del tráfico, la presión

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del viento, y las fuerzas producidas por eventos extraordinarios como terremotos o tormentas.

Para que se produzca el equilibrio cada fuerza que actúa sobre un componente del edificio debe ser compensada por otra de igual magnitud y dirección opuesta, la condición de equilibrio se alcanza cuando la suma de todas las fuerzas y la de sus momentos es cero.

A pesar que las cargas pueden ser numerosas y la estructura muy compleja, los edificios son solicitados por dos tipos de esfuerzos que son tracción y comprensión. Mientras la tracción produce el estiramiento del elemento solicitado, la compresión produce el efecto contrario, es decir el aplastamiento.

Producto de las formas estructurales estos esfuerzos generan esfuerzos compuestos como la flexión que combina tracción y compresión, la torsión producida por fuerzas contrarias en torno a un eje, y el cizalle que son fuerzas contrarias en relación a un plano.

SISTEMAS CONSTRUCTIVOS BÁSICOS.

Los primeros lugares de refugio del hombre prehistórico fueron las cavernas, espacios de origen natural, las que en principio, fueron utilizadas de acuerdo a sus propias exigencias de vida, prácticamente sin transformarlas.

Los primeros ejemplos de arquitectura hecha por el ser humano, fueron cabañas construidas con entramados de ramas y varas, poco durables y por lo tanto efímeras, antecesoras del sistema de esqueleto.

Sin embargo las primeras construcciones que desafiaron los siglos y los milenios fueron grandes

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construcciones de piedras, la así llamada arquitectura megalítica.

SISTEMAS ESTÁTICOS

Estas construcciones eran realizadas con un sistema llamado trilítico, formado por tres enormes piedras, de las cuales dos se colocaban en vertical, y una se colocaba sobre estas en forma horizontal. Con este sistema se podían construir ambientes cerrados, de varios pisos y de dimensiones y formas distintas. El único límite está en la resistencia a la flexión del elemento horizontal.

Otro sistema constructivo fue el de arco triangular, en donde se colocaban dos piedras inclinadas formando un triángulo. Un sistema muy simple, pero que en cierta forma es menos adecuado para formar ambientes útiles a funciones complejas. Es posible que a partir de este sistema se haya desarrollado el sistema de arco, que junto al sistema trilítico fue la base de la concepción arquitectónica antigua. Sin embargo el camino que lleva del sistema triangular al de arco pasa a través de las construcciones con pseudos arcos, donde la transmisión de las cargas sucede de manera análoga al sistema trilítico, formando ambientes con cubierta curva.

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ESTRUCTURAS DE ESQUELETOS.

Esta forma de construcción se basa en el principio de la malla o red, el cual forma un esqueleto abierto que sostiene uno o más pisos superiores, o la cubierta. Se sustenta en el principio que separa la estructura soportante, cuya finalidad es la de resistir el peso de toda la construcción, del revestimiento que la cierra o estructura soportada, que en general es de materiales menos resistentes a las tensiones estáticas y dinámicas.

ESTRUCTURAS DE ESQUELETO

Está formada por elementos verticales o montantes y por elementos horizontales unidos a los primeros, constituyendo un elemento de resistencia unitario y solidario. Este sistema constructivo permite reducir la sección de los elementos verticales resistentes. El peso es recibido por los entramados de piso y trasmitido a través de las soleras a los pies derechos y de estos a los envigados de piso. Como la malla es estructuralmente inestable es necesario rigidizarlas colocando diagonales para darle estabilidad, o rigidizando las uniones entre elementos verticales y horizontales.

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ESTRUCTURAS DE ESQUELETO

Una forma especial son los entramados triangulares, utilizada en la construcción de techos, las que en general fueron construidas de madera, antes que se conociera y difundiera el uso del fierro y del hormigón armado en la construcción. La estructura de forma triangular que se obtiene se denomina cercha y se compone además de otros elementos como el colgador, los montantes y las diagonales, las correas inferiores y superiores. Estos entramados se construyen con dos vigas inclinadas, las que transmiten un empuje inclinado a los muros que las sujetan, el que tiene un efecto desestabilizador sobre el apoyo, el cual es eliminado fácilmente al unirlas en la base por una viga horizontal llamada tensor o correa inferior.

A su vez, para evitar que el tensor se flecte producto de su propio peso, se agrega un elemento vertical denominado colgador, cuyo nombre expresa su función, cual es la de colgar el tensor para que no caiga.

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CERCHAS DE MADERA

Estos sencillos principios permiten el diseño de innumerables formas estructurales.

ESTRUCTURA TRILITICA O DE ARQUITRAVE.

En el sistema trilítico la transmisión de fuerzas ocurre de forma muy simple. El peso del elemento horizontal se divide en dos partes equivalentes que se descargan sobre dos pies derechos. Los pies derechos, por efectos del peso son solicitados por fuerzas de compresión, es decir son aplastados, fenómeno que es contrastado por la capacidad de resistencia del material que forma la estructura. Tratándose de piedras, como en las construcciones megalíticas, esta resistencia está asegurada por la dureza del material.

El elemento horizontal, con respecto a los pies derechos, es solicitado por una fuerza distinta que recibe el nombre de flexo tracción. Es decir que debido a que el elemento está apoyado solo en los extremos, el centro tiende a flectarse hacia abajo. Por este efecto, las parte superiores tiende a apretarse, es decir está sometida a compresión, mientras la inferior tiende a alargarse, es decir está sujeta a tracción.

Muchos materiales pueden soportar fácilmente la compresión, pero no todos pueden resistir la tracción. Para

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poder soportar esta última solicitación, los materiales deben tener una gran cohesión interna. De lo anterior es posible deducir que el elemento más vulnerable del sistema trilítico es la pieza horizontal, es decir la viga.

ESTRUCTURA TRILITICA

En la naturaleza existen solo dos materiales que se pueden usar en este sistema, que son la piedra y la madera. Sin embargo, ambos tienen límites tecnológicos. Las piedras son demasiado pesadas y difícilmente pueden alcanzar luces amplias, o grandes distancias entre apoyos. A su vez, la madera es un material de resistencia variable según el tipo, cantidad, calidad e imperfecciones que tiene, que además tiene problemas de durabilidad natural, por efecto de la degradación biológica o los incendios.

Cuando se usa madera, la estructura resultante, que responde a los mismos principios descritos, se conoce como de poste y viga.

ESTRUCTURA DE PSEUDO ARCO O ARCO FALSO.

El arco falso, pseudo arco o arco acartelado se construye superponiendo hiladas de piedras o mampuestos. En este tipo de estructuras la hilada superior sobresale de la

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inmediatamente inferior, de manera tal que se va cubriendo gradualmente la distancia entre los apoyos, hasta que en la parte superior queda un pequeño espacio, el que se cubre con una losa. Con esta estructura se obtiene un espacio interior a dos aguas o ligeramente curvo, con la parte superior en forma de triángulo o trapecio. En este caso, el uso de morteros de cal o cemento le da mayor cohesión a la estructura.

ESTRUCTURA DE ARCO FALSO

Tiene como inconveniente el hecho que solo permite cubrir espacios angostos, ya que a medida que aumenta el ancho del recinto, aumenta de manera considerable la altura del espacio interior.

El arco falso funciona con el principio estructural del contrapeso, ya que el largo de la parte que sobresale es considerablemente menor que la parte apoyada, lo que le da estabilidad al conjunto. Este es el principal factor de su limitación, ya que al igual que en las estructuras tríliticas, sólo se generan esfuerzos verticales y los pilares, o muros de sostén solo son sometidos a esfuerzos de compresión.

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ESTRUCTURA DE ARCO Y SUS DERIVACIONES.

En el caso del sistema de arco la repartición de los pesos y su descarga a tierra sucede de manera distinta al del arco falso. De las piedras que lo conforman, la que se coloca en la parte más alta se llama piedra angular o clave. Esta piedra, por efecto de su peso propio, tiende a caer en vertical, lo que no es posible debido a su forma de cuña y a la oposición mutua que hacen las dos piedras que la sostienen por el lado. Por lo tanto, su peso se reparte en las piedras laterales, con fuerzas perpendiculares a la superficie de contacto. A su vez, estas piedras transmiten esta fuerza, más la de su propio peso a las piedras siguientes.

SISTEMA DE ARCO

Es fácilmente comprensible, como de esta manera todas las piedras están sujetas a la misma solicitación de comprensión. Este esfuerzo puede ser fácilmente absorbido por casi todos los materiales de construcción. Por lo tanto, un arco puede ser construido con ladrillos, o con piedras de dimensiones notablemente inferiores a aquellas usadas en el sistema trilítico. Además, aun usando piedras de dimensiones reducidas, un arco puede cubrir luces superiores a las que normalmente se necesitan para cubrir un espacio con el sistema trilítico.

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A pesar de lo anterior el esfuerzo que un arco transmite a su base, sea esta la parte superior de un pilar, una columna o un muro, no es tan simple de entender, ya que la solicitación no es perfectamente vertical, sino que es inclinada hacia el exterior del arco, lo que no solo comprime el apoyo, sino que además tiende a empujarlo hacia el exterior. Es decir el arco transmite a su apoyo no solo una fuerza vertical, sino que además una horizontal.

De lo anterior es posible deducir que, mientras la fuerza vertical es compensada por la resistencia del material, la horizontal debe encontrar una fuerza igual y contraria que la equilibre. Esta fuerza, en la mayor parte de los casos es el peso propio de los pilares. Es decir la fuerza horizontal del arco se equilibra con el peso de los apoyos verticales. Por esta razón los arcos necesitan de pilares o muros de sustento de gran espesor.

TIPOS DE ARCOS

Si el arco es esencialmente una estructura lineal que se puede inscribir en un plano, la bóveda es una sumatoria de arcos puestos uno al lado del otro, para poder cubrir una superficie rectangular. La bóveda más simple es la de cañón corrido, que prácticamente es una suma de arcos que forman

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una galería, necesitando para su sustento de dos muros portantes, puestos en forma paralela. Otro tipo de bóveda es la bóveda de crucero, que se apoya sobre cuatro pilares. De esta manera esta bóveda puede abrirse sobre todos sus lados, por lo que es más funcional para resolver edificios de varias naves.

TIPO DE BÓVEDAS

La realización de una bóveda de crucero ocurre con la construcción de cuatro arcos, sobre los lados del crucero. Por exigencias de carácter estático y constructivo los cuatro arcos tienen que tener la misma altura, es decir tanto los apoyos como las claves deberá ubicarse sobre planos horizontales paralelos. En un arco de medio punto, que es aquel que está formado por una media circunferencia, existe una relación definida entre el ancho y la altura, ya que el ancho coincide con el diámetro y la altura con el radio. Es decir, en un arco de medio punto la altura es exactamente la mitad del ancho. Todo lo anterior significa que la distancia entre los pilares o columnas es la misma en los cuatro lados, lo que define un espacio de planta cuadrada.

Un tipo especial bóveda es la cúpula. En la práctica está determinada por la rotación de un arco sobre su eje vertical,

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definiendo un casquete semiesférico, el cual necesita un muro perimetral continuo, de forma circular para su sostén.

De estos tipos de cubiertas abovedadas se deducen formas planimétricas precisas. Una bóveda de cañón corrido se puede realizar en una planta rectangular. Una bóveda de crucero se puede hacer con una planta cuadrada. Una cúpula necesita una planta circular. Gran cantidad de edificios tienen plantas que se componen de espacios posibles de reducir a estas figuras geométricas elementales.

MORFOLOGIA ARQUITECTONICA.

Los sistemas constructivos descritos, fueron usados en diferentes períodos históricos con mayor o menor intensidad, y por culturas diversas, de acuerdo a los conocimientos técnicos que poseían y a sus preferencias estéticas.

El sistema triangular es seguramente el de las primeras construcciones humanas, como las cabañas de madera, pero fue también el sistema adoptado por los antiguos egipcios para construir las pirámides.

Con el sistema trilítico se hicieron las construcciones megalíticas de la prehistoria como Stonehenge. También fue usado por los egipcios y por los griegos en la construcción de templos.

El sistema de arco falso fue usado por los etruscos y en los espacios ceremoniales mayas. Si bien es cierto que el arco ya era usado en Mesopotamia, fue el principio constructivo adoptado por los antiguos romanos y fue usado en los periodos históricos sucesivos hasta el barroco. Encontró aplicaciones diversas, desapareciendo solo después de la revolución industrial, con la aparición de nuevos materiales como el fierro y el hormigón armado, con los cuales se

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regresó al sistema trilítico, al de pilar y dintel y al de entramado.

FORMAS ARQUITECTÓNICAS

Las estructuras modernas, realizadas con acero y hormigón armado, están compuestas por elementos rectilíneos verticales y horizontales. La gran resistencia de estos nuevos materiales permite a las partes sometidas a flexión soportar fácilmente las fuerzas de compuestas. Con esto la arquitectura encontró el modo de ampliar su horizonte a estructuras que antaño eran desconocidas.

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