Presentación - Estructuras Neumaticas

7/17/2019 Presentación - Estructuras Neumaticas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE ARQUITECTURA, URBANISMO Y ARTES

ESTRUCTURAS ESPECIALES

CÁTEDRA:ING. PABLO MOSCOSO

ING. CARMEN PACORA



INTRODUCCION

El presente trabajo tiene como objetivo conocer el comportamiento resistente de las estructurasneumáticas, comprender el sistema y su aplicación.

Este tipo de estructuras incursionan en el campo de la técnica constructiva cuando aparecenrecintos temporales a base de aire presurizado, es decir, casas de campaña, almacenes y todotipo de albergues inflables, cuya ventaja sobre otros sistemas constructivos radican en la granrapidez de montaje y portabilidad.



ANTECEDENTES HISTÓRICOS

IMAGEN 02. FREDERICK W. LANCHESTER

FUENTE: http://en.wikipedia.org/wiki/Frederick_W._Lanchester

Este tipo de estructuras se comenzaron a utilizar a partir de los 50’s.

En 1917, Frederick W. Lancherter, ingeniero ingles, establece la primera patente de unaconstrucción neumática, sujetando una bóveda de grandes dimensiones por medio de lacreación de una ligera sobre-presión en el interior, pero su aplicación practica tardara hastaque en el campo militar de la aeronáutica de EUA-durante el periodo de la guerra fría- lautilice para proteger las grandes antenas de radar de vigilancia con un sistema mínimo deespesor, evitando la inclusión de una estructura que pudiera interferir con las señales de radiode frecuencia.



IMAGEN 03. GLOBO AEROSTÁTICOFUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki/Globo_aerost%C3%A1tico

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión dela energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico,por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la

energía acumulada al expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.

Se crean los globos aerostáticos en el siglo XVII, desafiando la gravedad mediante el uso deaire caliente o gases livianos.

Con el nuevo milenio, nace la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías que seanenergéticamente eficientes. Durante los 20’s, Estados Unidos, Francia, Alemania e Inglaterra

realizan investigaciones científicas sobre las formas resistentes y eficiencia estructural en lasestructuras ligeras, desarrollando así, nuevas tecnologías de construcción.



ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: DEFINICIÓN

IMAGEN 04 Y 05. TIPOS DE ESTRUCTURAS TENSIONADAS

Pertenece al grupo de las TENSOESTRUCTURAS, que incluye a las membranas tensionadas,entre otras.

Son aquellas conformadas por estructuras superficiales con una gran membrana dematerial impermeable, soportada por aire con formas curvas (su geometría, comoconsecuencia de la mayor presión de aire al interior), del tipo sinclasticas (de curvaturapositiva), de pequeñas y medianas luces.



ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: CARACTERÍSTICAS

IMAGEN 06. VIVIENDA REALIZADA CON ESTRUCTURA NEUMÁTICAFUENTE: http://www.blogdelujo.com/2010/12/arquitectura-neumatica-vivir-en-burbuja.html

•Este tipo de estructuras trabajan por diferencia de presión y por tracción.•Estos esfuerzos de tracción debe ser resistidos internamente por la membrana.•Compuestas con una sola membrana rigidizada por el volumen de aire interno.•

Permite cubrir grandes luces.•Este tipo de estructura presenta gran practicidad en su armado y tecnología.•La influencia de las cargas es mas perceptible que en una estructura convencional.•Las formas geométricas son esféricas o cilíndricas.•Este tipo de estructuras son ligeras, flexibles y posee propiedades climáticas.



IMAGEN 07. ESQUEMA DE FUERZASFUENTE: GOOGLE IMAGES

ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: FUNCIONAMIENTO

Este sistema constructivo liviano esta basado en la estabilidad de la estructura a partir de lasdiferencias de presión de aire generada en el interior de la membrana y el exterior, efecto queproduce una tensión en la superficie (esfuerzo de tracción) que le otorga rigidez y firmeza.

Para lograr que este sistema de estructura funcione, debemos tener por un lado una presión internasuficiente y necesaria para que logre inflar la membrana, y así impedir las fuerzas de compresión.Estas fuerzas se manifiestan en forma de pliegues. Es decir, que la estabilidad se logra cuando todaslas partes de la membrana están bajo tracción.

También se considera que estos esfuerzos de tracción debe ser resistidos internamente por lamembrana, por lo tanto, deben ser menores a los máximos permitidos por el material.



IMAGEN 08 y 09. FIBRA DE POLIAMIDAFUENTE: GOOGLE IMAGES

ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: ELEMENTOS

Los elementos que conforman este sistema son:

MEMBRANA

Este material esta compuesto de un tejido interno o capa intermedia que le da laresistencia a la tracción compuesto por una malla de fibra de vidrio, y dos caras externasde protección conformada por teflón, en la parte superior tiene un tratamiento anti-polvoque la hace auto limpiante con la lluvia.




TIPOS DE MEMBRANAS

Membranas de películas plásticasLas películas plásticas transparentes no tienen la suficiente resistencia a la acción de losagentes atmosféricos siendo muy susceptibles a deteriorarse bajo rayos UV. No obstante,existen ciertos materiales de reciente creación como el poli-tetrafluoretileno, el cual esligero, resistente y durable; muy aconsejable para este sistema. La unión de las películasplásticas se realiza mediante la soldadura, en algunos casos lográndose uniones tanresistentes como el mismo material. El cosido o encolado, reducen considerablemente la

resistencia de la película.

Membranas de tejidos con una capa de revestimientoSon tejidos hechos de fibra de vidrio o sintéticos, que están revestidos por una película depoliuretano, PVC o poliéster.

Membranas de caucho

Estas son muy flexibles y útiles para ensayos, ya que pueden tomar una amplia variedadde formas son patrones de corte complicados.




Membranas de tejido metálicoConsiste en fibras de acero inoxidable, revestidas con un material que las haceimpermeables al paso del aire. Este material posee una gran resistencia y duración, pero sucosto elevado impide utilizarlo en aplicaciones ordinarias.

Membranas de laminas de metalSon laminas de metal que poseen una muy alta resistencia a la difusión gaseosa, pero solopueden usarse para estructuras neumáticas cuando son bastante flexibles (teniendocargas de rotura muy bajas). Actualmente se utiliza una lamina plástica de aluminio , sobretodo a causa de su gran reflexión de calor. Es ligera, resistente, impermeable y durable.

Aun falta demostrar su adaptabilidad a las estructuras de grandes proporciones.

Espumas plásticasSe utilizan para darle rigidez a las estructuras, evitando la necesidad de un continuosuministro de aire para mantenerse en pie.



IMAGEN 10. ESQUEMA DE COMPORTAMIENTO ANTE EL VIENTOFUENTE: GOOGLE IMAGES


ANCLAJELa fuerza que ejerce el aire contra la gravedad, hace que las membranas que componenla estructura tiendan a elevarse; para contrarrestar este efecto es necesario vincular laestructura al suelo a través de anclajes. Cualquiera que sea el método empleado, lasfuerzas de anclaje deben ser distribuidas uniformemente en todo el perímetro del edificiocon el fin de evitar las concentraciones de tensiones en la membrana (a menos que estereforzada por cables o redes, en cuyo caso el anclaje deberá efectuarse en determinadospuntos).




TIPOS DE ANCLAJE

Lastre

Este anclaje se usa principalmente en estructurasde tipo nómade. Como las condiciones dellugar pueden variar, debe elegirse los métodosde lastre apropiados.

Lastre de aguaA primera vista, el agua puede parecer idealcomo lastre, bajo costo y fácil de encontrar,

pero es vulnerable; solo basta un agujeropara que peligre toda la estructura.

Lastre de tierraEste método consiste en llenar el tubo dellastre con alguna materia solida como tierra,arena o gravilla. El tubo se une al perímetro yse corta a lo largo de su cara exterior para

facilitar el vaciado y llenado.Otra variante consiste en excavar alrededorde la estructura una zanja, donde se colocala falda del perímetro de la misma estructuray luego se rellena.

IMAGEN 11, 12 y 13. TIPOS DE LASTREFUENTE: GOOGLE IMAGES




TIPOS DE ANCLAJE

Sistema de anclaje en el suelo

En este tipo, la membrana esta positivamenteatada al suelo en frecuentes intervalos. Lasfuerzas de anclaje deben distribuirseuniformemente en la membrana y a lo largo delperímetro.

Anclajes atornilladosSe remata la membrana con un dobladillo,

por el que se pasa una cuerda; se toman lastiras de acero, ángulos, mangueras omadera y se atornilla.

Manguera en dobladilloConsiste en un dobladillo abierto, cosido enel extremo inferior de la membrana, aintervalos de 1m. Aprox.

Anclajes catenariosConsiste en colocar un cable en catenaria,en el interior de una vaina de tejido, que secose en la base de la membrana. Luego sefija directamente a los anclajes.

IMAGEN 14, 15 y 16. TIPOS DE ANCLAJEFUENTE: GOOGLE IMAGES




ABERTURAS DE ACCESOEsta es la parte que presenta mayor problemade diseño, ya que el espacio utilizable tiene una

presión diferente a la del exterior; es necesarioestructuras especiales de acceso que sean tanherméticas como sea posible.

Puerta-TrampaSe instala en una sección circular,reforzada por un cable. Esta mantiene elequilibrio por un eje central de rotación y

por la presión central.

Puertas sobre deslizantesConsiste en dos membranas de las cualesla interior esta apretada contra la exterior.Son difíciles de abrir.

Puertas tipo labio

Los dos bolsones en forma de labio sepresionan uno contra otro debido a lapresión interna. Estas son fáciles de abrirdesde fuera.

IMAGEN 17, 18 y 19. TIPOS DE ABERTURASFUENTE: GOOGLE IMAGES




DISPOSITIVOS DE ESTABILIZACIÓN

El principio básico de trabajo de estas

construcciones, se basa en la diferencia depresión que crean unos ventiladores queinyectan aire en la membrana.

Esta presión es aproximadamente 1% de lapresión que existe en la rueda de un autoestándar.

Operación axialLa corriente de aire fluye en la mismadirección que los ejes del equipo.

Operación radialEl aire se succiona desde los laterales.

Operación tangencialConsta de un eje con paletas queactúan como impulsores girandodentro de un cilindro.

IMAGEN 20, 21 y 22. TIPOS DE MOTORESFUENTE: GOOGLE IMAGES



ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: TIPOS

Las estructuras neumáticas se clasifican en estructuras soportadas por aire y estructuras abase de elementos presurizados.

ESTRUCTURAS SOPORTADAS POR AIRE O DE BAJA PRESIÓNEste tipo de estructuras se utilizan para almacenamiento o proteger elementos específicos.

Compuestas con una sola membrana rigidizada por el volumen de aire interno queconforma el espacio arquitectónico sometido a una sobrepresión de muy bajo valor.Permiten cubrir luces muy grandes, presión del orden de 2g/cm2 a 4g/cm2 (20g/m2 a40g/m2).

Las formas geométricas de este tipo de estructuras son esféricas o cilíndricas, constan deaberturas para el control de volumen interno de aire y equipos inyectores para manteneruna presión constante. Esta situación hace que el sistema sea inconveniente desde elpunto de vista energético/sustentable.

Una de las principales características de este tipo de estructura es que la influencia en lascargas es mas perceptible que en estructuras convencionales.




En una construcción soportada por aire, deben considerarse tres tipos de carga:

Carga muertaSon el peso propio de la estructura, el cual es bastante pequeño que podria despreciarseen el momento de proceder al diseño. La influencia del peso propio es mayor en el planohorizontal y desciende gradualmente hasta cero, conforme se acerca al palno vertical.

Cargas suspendidas de la membrana

Carga vivaSon las causada por los parámetros climáticos como la lluvia, nieve, etc.

Carga de presiónEste tipo de construcción posee cuatro elementos que pueden considerarseelementales:

Membrana que compone la estructura.Medios para soportar la membrana.

Medios para anclaje.Medios de entrada y salida.







ESTRUCTURAS A BASE DE ELEMENTOS PRESURIZADOSEste tipo de estructuras presenta gran practicidad y sencillez en su armado y tecnologia.

Es una estructura en la cual, el aire esta contenido por una membrana para formarelementos estructurales inflados, como columnas, vigas, arcos y paredes. No sonaconsejables para cubrir grandes espacios.

El hinchamiento se efectúa a través de una válvula muy similar a la de los neumáticos de

los autos.

Existen tres sistemas de inflado:

Estructuras con nervaduras de baja presión.Estructuras con nervaduras de alta presión.Estructuras de paredes dobles.




Estructuras con nervaduras de baja presiónLa construcción consiste en una membrana tubular que esta inflada con aire de bajapresión. Estas son aconsejables para estructuras pequeñas.

Estructuras con nervaduras de alta presiónLa construcción consiste en una membrana tubular que esta inflada con aire, pero alcontrario de la anterior, estas se hinchan con aire de alta presión.

Estructuras de paredes doblesSon las estructuras a base de tubos inflados, que están unidas entre si, mediantesdiafragmas o hilos transversales. Su funcionamiento se asemeja a una manguera deincendio, que al estas vacía es flexible, pero al llenarse de algún elemento, secomporta como una pieza rígida tensada. Permite cubrir luces mayores.




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ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: VENTAJAS

•Son estructuras livianas y flexibles.•Alcanzan su equilibrio mediante tracción.•Pueden resolver la cubierta de superficies muy grandes sin apoyos intermedios.•La posibilidad de armar, desarmar y transportar la estructura con facilidad, pues suman latecnología de cables, telas, etc.•También provee de una circulación continua de aire fresco y regula las temperaturas deconfort.•Flexibilidad de espacio.•Transparencia (dependiendo del material de la membrana).•Bajo costo.•Libertad de creación de formas.

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ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: DESVENTAJAS

•Estrecho vinculo de la forma con la tensión, con el proceso de montaje y los materiales.•Se deterioran mas rápido en su uso a la intemperie.•No permiten trabajar a compresión.•Funcionamiento continuo de los ventiladores para mantener la presión,•Derrumbe de la cúpula en caso de perdidas de presión.•Aislamiento inferior al de las estructuras de paredes rígidas.•Vida útil corta.

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ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: DISEÑO

Las estructuras neumáticas pueden tener múltiples usos aunque, generalmente, se usapara cubrir espacios deportivos como piscinas, canchas de tenis, o eventos sociales ocomerciales temporales.

El diseño varia entre formas de secciones esféricas y tubulares, su tamaño estarádeterminado por el uso, condiciones del lugar y necesidades del usuario.

El cliente tendrá una clara visión del proyecto por medio de presentación 3D’s. La tela, porlo general, es un tejido de nylon recubierto en ambas caras con PVC (opcionalmente se leagrega color, filtro UV, tratamiento repelente al polvo, opacidad, etc.).

S C S Á C S S C Ó



ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: INSTALACIÓN

La tela debe ser cortada en piezas según un patrón especifico y luego soldada con altafrecuencia, de modo que el paño final tome la forma deseada. El “paneleo” de las piezas,esta definido por un software especializado.

Previo a la instalación deberán realizarse tareas de pavimentos o bordes de piso. Lainstalación es relativamente sencilla y rápida.

ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS APLICACIONES



ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: APLICACIONES

DOMO EN TEOTIHUACÁN – MÉXICOInstalación de la carpa neumática, que servirá como auditorio para una serie de eventosque se presentaran en Teotihuacán como motivo del equinoccio de primavera.

MUSEO PORTÁTIL – ALEMANIA

Arq. José Miguel de Prada PooleSe trata de un gran museo portátil, que el propio autor califica de trabajo de action art, encalidad de contenedor multifuncional, disponible para distintas operaciones y que, por susencilla construcción, podría instalarse en cualquier otro lugar.

Conformado por 10 semiesferas de 25m de diámetro, conectadas por túneles cilíndricos.

Las enormes car as se convirtieron en un museo efímero donde se resentaron traba os de

ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS APLICACIONES




OTROS USOSATRACCIONES INFANTILES

BOTES INFLABLES

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MUSEO PORTÁTIL – ALEMANIAArq. José Miguel de Prada PooleSe trata de un gran museo portátil, que el propioautor califica de trabajo de action art, en calidad

de contenedor multifuncional, disponible paradistintas operaciones y que, por su sencillaconstrucción, podría instalarse en cualquier otrolugar.

Conformado por 10 semiesferas de 25m dediámetro, conectadas por túneles cilíndricos.

Las enormes carpas se convirtieron en un museo

efímero donde se presentaron trabajos de algunosde los artistas internacionales mas reconocidos.

EXPOSICION-70 OSAKA, - JAPONIng. Frei Otto[Buscar info e insertar imaegenes]





ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: CONCLUSIONES



ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS: CONCLUSIONES

Se concluye que existe diversos tipos de cobertura, que mediante tecnología se puederecurrir, como es el caso de las estructuras neumáticas.

Las estructuras neumáticas, no son tan rentables como diseño arquitectónico en nuestro

país, los cuales son mas usados para eventos infantiles, logos, eventos sociales otemporales.

Utilizar estas estructuras tienen tanto sus ventajas como desventajas, ventajas como laliviandad, el bajo costo; y la desventaja el ser frágiles ante cualquier desastre.

Haber analizado el sistema de su anclaje, viendo los diversos tipos que se proceda a dar.

Las estructuras neumáticas , inflables en su mayoría, se estructuran por su propio peso yaque son hechas de una forma proporcionada.

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