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I N T R O D U C C I N A L O S T I P O S E S T R U C T U R A L E
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Ctedra: Ing. Jos Mara Canciani
Tema: LA ARQUITECTURA Y LA ESTRUCTURA
Ing. Jos Mara Canciani
Arqa. Cecil ia Cei
IngAlejandro Albanese
Ing. Carlos Salomone
Arq. Ricardo Varela
Arq. Walter Cerantonio
Ao Acadmico: 2011
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LA ARQUITECTURA Y LA ESTRUCTURA EL PROYECTAR, AUNQUE SLO SEAN
ESTRUCTURAS, SI BIEN TIENE MUCHO DE CIENCIA Y DE TCNICA, TIENE
MUCHO MS DE ARTE, DE SENTIDO COMN, DE DELECTACIN EN EL OFICIO DE
IMAGINAR LA TRAZA
OPORTUNA, A LA QUE EL CLCULO SOLO AADIR LOS LTIMOS TOQUES, CON
EL ESPALDARAZO DE SU
GARANTA ESTTICA RESISTENTE
Eduardo Torroja
Arquitectos, Arquitectura y Estructura.
Arquitecto: es el profesional apto para disear, programar
dirigir y construir edificios necesarios para albergar las
actividades del hombre en sociedad, satisfaciendo las necesidades y
aspiraciones que esta demanda. Nuestro espacio arquitectnico es
construido, es decir no est dado en la naturaleza an 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.
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Casa en Calamuchita- Miguel ngel Roca- ao 2004
Y nunca debemos olvidar que, la construccin es el que
caracteriza una espacio para que sea arquitectnico: SI NO EST
CONSTRUDO NO ES UN EDIFICIO. Dado el tamao de esta forma espacial
se debe tener en cuenta la estabilidad de la construccin, es decir,
la capacidad de no desmoronarse frente a las diferentes
circunstancias que enfrentar a lo largo de su vida til. Para que
ello sea as, existe una parte de la construccin, inseparable del
resto, que denominamos estructura que debe cumplir esta funcin
resistente.
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Ms especficamente, la estructura es un conjunto de elementos,
integrados a la construccin que deben transmitir las diferentes
acciones al terreno natural en forma estable y segura, durante toda
su vida til, con buenas condiciones de funcionalidad y servicio. Es
decir, la estructura se compone de diferentes elementos que pueden
ser lineales como las vigas o columnas
, superficiales como las losas o tabiques o incluso
volumtricos
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que pueden tener slo funciones estructurales o pueden cumplir
alguna otra funcin como es el caso de los muros portantes que son
cerramientos y transmiten cargas. Estos elementos no pueden
pensarse independientemente del resto del edificio. Una columna no
puede pasar por el medio de un corredor o sus dimensiones impedir
que se ubiquen las ventanas, etc. Cuando decimos que la estructura
debe transmitir acciones, queremos decir que no slo debe soportar
su propio peso o el de toda la construccin o las personas y muebles
que se incorporen a ella. Tambin debe soportar cargas ambientales
como puede ser el viento. Tambin otros efectos naturales que se dan
principalmente en ciertas zonas como son los movimientos ssmicos o
la nieve. Y tambin otras menos evidentes como las variaciones de
temperatura o acomodamientos del terreno. Ya dijimos que la
estructura debe garantizar que la construccin no se desmorone por
efecto de las cargas pero no nos conformamos con eso. Por una
parte, debemos tener un margen de seguridad ya que no podemos
disear un elemento que ante su mayor exigencia se destruya. Por
otra parte, incorporamos materiales de los que no estamos del todo
seguros, etc. Es decir, para que la estructura nos brinde
suficiente seguridad debemos disearla capaz de absorber acciones
mucho mayores que las que puedan tener lugar a lo largo de los aos.
Tambin le exigimos que nos provea de buenas condiciones de
servicio. Esto significa que una estructura, por ejemplo, no se
deforma en una forma tal que me destruya el marco de una ventana.
Tampoco que posea vibraciones que provoquen inquietud o falta de
confort a quienes ocupan un edificio. Para ello, ms all de que la
estructura resista con suficiente seguridad las acciones que
soporte, deben controlarse las deformaciones en las estructuras.
Otro aspecto que hay que tomar en cuenta que la estructura tiene un
costo. Y en este sentido, tambin debemos buscar las soluciones ms
econmicas disponibles.
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Relacionado con esto ltimo hay un ltimo aspecto que tiene que
ver con la construccin sustentable. Siempre debemos aprovechar los
materiales ms accesibles en la zona que estemos llevando adelante
una obra. Tengamos presente que uno de los factores que ms afectan
el medio ambiente, y que tambin son costosos econmicamente
hablando, son los transportes.
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 s y
su familia, ya de cerrar espacios donde centenares de seres
pudieran rendir culto a su divinidad, comerciar, discutir problemas
polticos o entretenerse, el hombre ha tenido que dar forma a
ciertos
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materiales a fin de que su arquitectura se mantuviera en pie
resistiendo la atraccin de la tierra y otras cargas peligrosas. Era
imprescindible resistir el viento, las descargas atmosfricas, 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
construccin se concibi conforme a ciertos postulados estticos que
no pocas veces impusieron a la estructuras exigencias mucho ms
estrictas que las de resistencia y economa. La estructura y los
conocimientos estructurales se integraron a esta tarea y podemos
reconocer diferentes etapas .
En la antigedad y en la edad media la experiencia unida al
mecanismo de prueba y error permiti obtener procedimientos seguros
de construccin de estructuras para edificios. Si bien, eran
secretos celosamente guardados por los gremios de constructores se
comprenda como viajaban las cargas hasta el terreno, se entenda que
los muros portantes requeran contrafuertes para soportar cargas
horizontales, incluso se hincaban pilotes de madera en terrenos que
se consideraban poco sustentables. Sin embargo, se carecan de
conocimientos relativos a la resistencia de esos materiales por lo
cual las dimensiones de los elementos o bien eran insuficientes y
se producan derrumbes o eran excesivas lo que atentaba contra la
economa de las obras. En la edad moderna se producen dos hechos que
van a transformar por completo el las
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construcciones desde el punto de vista estructural y van a dar
lugar a la aparicin de una especialidad: el diseo estructural. La
primera fue la denominada Revolucin Cientfica que se puede ubicar
entre el siglo XVII y el siglo XVIII. La segunda, La Revolucin
Industrial, particularmente desde la introduccin del ferrocarril
que tuvo lugar en la segunda mitad del siglo XIX y que permiti
disponer de nuevos materiales, lo que, a su vez, impuso mejoras a
la teora estructural. Tambin tendramos que agregar otro adelanto
trascendental que tuvo lugar en las ltimas dcadas y cuyo proceso
estamos viviendo en la actualidad: la generalizacin del uso de
computadoras para el diseo y clculo de estructuras. La Revolucin
Cientfica Entre fines del siglo XVII y durante el siglo XVIII, se
produjo un salto trascendental en los conocimientos sobre el
funcionamiento del mundo fsico a partir de la observacin, la
experimentacin y el razonamiento. Entre sus muchos aportes, la
Revolucin Cientfica implic la utilizacin de la matemtica para la
resolucin de los problemas planteados por la fsica. Entre estos
problemas apareceran la esttica cuyo origen se vincula a la figura
de Isaac Newton (1643-1727) y la resistencia de los materiales
cuyos nombres se asocian a nombres que les sern familiares a medida
que avancen en el mundo de las estructuras como Robert Hooke
(1635-1703), Daniel Bernouilli (1700-1782) o Leonhardt Euler
(1707-1783).
Isaac Newton
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Estos avances en la fsica y en la matemtica brindaron la
posibilidad de que se pudiera prever el comportamiento de las
estructuras sobre papel o experimentando en modelos y maquetas para
evitar desagradables sorpresas y permitir ajustar mejor la forma y
las dimensiones de los elementos estructurales. La Revolucin
Industrial A fines del siglo XVIII, se producira otro avance enorme
en la historia de la humanidad al introducirse la mquina de vapor
en los procesos productivos. Esta mquina y sus sucesoras (los
motores a explosin y los motores Diesel) transforman combustible en
energa mecnica lo que permite que funcionen en forma casi continua
con independencia de la ubicacin geogrfica o las condiciones
ambientales.1
La Revolucin Industrial tuvo dos etapas, la primera que va desde
1780 a 1830, vinculada a la industria textil y la segunda que se
inicia en 1830, relacionada con la aparicin del ferrocarril. La
primera, si bien implic un salto trascendental con la introduccin
de la mquina de vapor, tuvo avances tecnolgicos pequeos que no
desarrollaron otras actividades productivas asociadas. Con el
ferrocarril la situacin fue distinta. En este caso los avances
tecnolgicos fueron importantes y se expandieron a otras industrias
como la de la construccin. En particular, llev a un gran avance de
la industria siderrgica (acero). La necesidad de fabricar
locomotoras y rieles para vas permiti mejorar la forma de obtencin
y la calidad del acero y, como el proceso era parecido, aparecieron
los perfiles estructurales de acero, elementos lineales que podan
incorporarse a las construcciones.
1 Anteriormente se utilizaron otro tipo de mquinas que
utilizaban otro tipo de energa como la animal que era
muy limitada o la hidrulica que requera trasladar el taller al
costado de un curso de agua.
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Cristal Palace, construido en Londres en1851.
Una de las primeras construcciones con estructura metlica.
A finales del siglo XIX y como consecuencia de este proceso de
industrializacin aparecera otro material que le disputara al acero
la preeminencia como material estructural al acero: el hormign
armado. El hormign armado es un material compuesto por una mezcla
cermica de cemento Prtland, arena y pequeas piedras con barras de
acero. La aparicin de estos materiales y las posibilidades dio un
gran impulso a la teora de las estructuras. Por ejemplo, en 1902
apareci en Alemania el primer desarrollo de clculo del hormign
armado2 cuya teora fue desarrollndose a todo lo largo del siglo XX
y an contina en el siglo XXI. Este brutal desarrollo de la teora
tuvo un impacto fue tal que implic que una especialidad se separara
del tronco de los constructores: los estructuralistas. Arquitectos
y Estructuralistas Hasta la segunda mitad del siglo XIX, los
materiales estructurales asociados a la construccin eran
esencialmente la madera, la piedra y los ladrillos. Los dos
primeros son productos naturales con una mnima elaboracin mientras
que los ltimos, son de manufactura sumamente sencilla. Si bien, son
materiales que an se utilizan no permiten grandes libertades en
cuanto a su diseo. Los muros portantes sean de piedra o de
ladrillos no permiten grandes luces ni grandes alturas. La situacin
cambi profundamente
2 Fue elaborado por el Prof. E. Mrsch por encargo de la firma
Waiss y Freytag.
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con el acero y el hormign armado. Ms todava, estos materiales
permitieron que prcticamente se pudiera hacer una estructura con
elementos de estos materiales prescindiendo de los muros lo que dio
gran libertad de diseo. Esta relativa independencia de la
estructura respecto de las construcciones y el desarrollo de mtodos
de clculo y diseo cada vez ms complejos, implic que los
estructuralistas (muchas veces asociados a la profesin del
ingeniero civil), se separara de los arquitectos. Si bien siempre
hubo arquitectos con mejores conocimientos estructurales que otros
no era concebible que un arquitecto le encargara a otra persona que
verificara si su edificio era seguro. Hoy da en cambio se considera
normal que un arquitecto le encargue a un especialista el diseo y
dimensionamiento de la estructura de su obra. Sin embargo, pensemos
que esto no es gratuito y a tal fin vale la reflexin del Prof.
Aurelio Muttoni en el libro El arte de las estructuras, Universidad
de Lausana, 2006.
Para el ingeniero, lo que era necesario al comienzo de esta
nueva era, que
permiti una extraordinaria evolucin creativa demostr, sin
embargo, sus lmites
en el tiempo. El anlisis estructural y el clculo se han vuelto
siempre ms
precisos y detallados, el dimensionamiento presionado hasta el
lmite ha permitido
estructuras siempre osadas y eficaces, pero todo
desgraciadamente se produjo en
detrimento de la concepcin estructural, con un lento e
inexorable
empobrecimiento de la composicin creativa. Para el arquitecto
tambin la
separacin de las disciplinas ha trado desventajas. La dificultad
siempre creciente
de entender el funcionamiento de las estructuras ha representado
ciertamente un
empobrecimiento. Se intentado en estas ltimas dcadas remediar
esta situacin.
La solucin no es por cierto retornar al pasado. La separacin de
profesiones,
nacida de una real necesidad, debe ser considerada como
irreversible. Para
resolver los problemas cada vez ms complejos a los cuales
estamos
enfrentados, el nico camino a seguir consiste en un dilogo y una
colaboracin
entre las diversas figuras profesionales. Para saber colaborar y
poder proyectar en
conjunto, es indispensable tener intereses comunes, utilizar el
mismo lenguaje y
sobre todo comprenderse recprocamente
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Edificio Chrysler . William Van Allen 1930
Hotel Burj- el Arab- Dubai Torres Petronas Cesar Pelli
Banco de China- Pei
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El arquitecto y el conocimiento estructural Retomando lo volcado
en el texto anterior, surge la pregunta acerca de qu tipo de
conocimiento estructural debe poseer un arquitecto que debe
proyectar y materializar una obra. Con respecto al diseo, hay que
tomar en cuenta que para la arquitectura moderna la estructura no
es un hecho vergonzoso que debe ser ocultado y disimulado dentro de
muros y revoques. La estructura es una parte inseparable de toda
obra y puede ponerse a la vista sin que ello atente contra la
esttica de un proyecto. Nada ms alejado de la idea de que la
estructura es un condicionante molesto de todo proyecto de
arquitectura, un lmite a la creatividad del arquitecto. La
estructura forma parte del proyecto y debe ser un aliado, no un
enemigo de un buen proyecto arquitectnico. Pero, para que ello sea
posible tambin es cierto que un buen diseo arquitectnico toma en
cuenta la estructura resistente desde sus inicios y requiere que el
arquitecto tenga bastante claro las posibilidades que se le ofrecen
para poder integrarla en forma creativa. Hay que desterrar la idea
de que un proyecto se elabora sin tomar en cuenta la existencia de
la estructura y despus se llama a un especialista que le inserta
una estructura que violente lo menos posible a un proyecto
completamente elaborado. A este respecto se
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seala que es llamativo como muchos arquitectos que proclaman
adherir a los preceptos de la arquitectura moderna tienen ideas tan
conservadoras respecto de la estructura. Pero tambin es cierto que
para que un arquitecto que encara un proyecto tome en cuenta a la
estructura y la incorpore creativamente a este proyecto debe poseer
una serie de conocimientos y destrezas mnimas. Conocimientos sobre
posibilidades de los materiales y las tipologas y tambin destrezas
relativas al clculo que le permitan considerar cargas, estimar
secciones, etc. Y estos conocimientos no se reemplazan con recetas
que, mal aplicadas, dan una falsa sensacin de seguridad y generan
grandes sinsabores. Adems, como un arquitecto no slo es un
proyectista sino que tambin debe ser capaz de materializar las
obras que proyecta, controlando su ejecucin, los conocimientos
estructurales adquieren mucha importancia. Un arquitecto al dirigir
una obra debe controlar tambin la ejecucin de los elementos
estructurales para lo cual debe no slo ser capaz de comprender
cabalmente la documentacin que le enva el estructuralista, tambin
debe tener la suficiente sensibilidad como para consultar en caso
de notar algn posible error. Para ello inevitablemente debe tener
conocimientos estructurales. Recordemos que quien dirige una obra
tiene amplia responsabilidad sobre la seguridad de la misma. En
caso de ruina es responsable primario, solidariamente con la
empresa constructora, el propietario, el estructuralista y el
ensayista de suelos. En tales condiciones toma muchos riesgos al
ignorar por completo un proyecto estructural del cual debe ser
responsable en alguna medida. No se nos escapa que la enseanza de
las estructuras para los estudiantes de arquitectura presenta una
serie de cuestiones de difcil abordaje. La propia orientacin de la
carrera apunta al diseo, lo que lleva a que pocos estudiantes
demuestren inters en la asignaturas de contenido tecnolgico o que
planteen problemas matemticos como es el caso de la materia
estructuras. Entonces es posible facilitar al arquitecto la
comprensin y adquisicin de los
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conocimientos estructurales necesarios para poder resolver
problemas tcnicos y de construccin? es posible tal cosa sin un
estudio exhaustivo de matemtica superior, fsica y economa?.....En
otras palabras es posible que una persona inteligente sin un
estudio profundo de las ciencias fsicas y matemticas comprenda los
fundamentos del comportamiento estructural? Las respuestas a las
preguntas que anteceden son afirmativas si se establece una clara
distincin entre la comprensin de los conceptos estructurales bsicos
y el conocimiento cabal del anlisis estructural. Estructuras e
intuicin: Es evidente que slo el estudio serio de la matemtica y de
las ciencias fsicas permitir a un proyectista analizar una
estructura compleja con el grado de perfeccionamiento exigido por
la tecnologa moderna. Mxime aquellas resoluciones que vienen
presentadas como largas planillas de salidas de computadora. Pero
las estructuras que nacen de un buen proyecto no presentan un alto
nivel de complejidad ni son de difcil resolucin y pueden ser
abordadas sin dificultad por los arquitectos que se orientan en esa
direccin, si tienen la suficiente formacin. Adems, quien tiene
concepto sobre estructura puede realizar verificaciones
relativamente sencillas que le permitan detectar alguna
irregularidad. Es evidente tambin que una vez establecidos los
principios bsicos del anlisis estructural, no hace falta un
especialista para comprenderlos sobre una base puramente fsica.
Todos estamos en cierto grado, familiarizados con estructuras en
nuestra vida cotidiana: sabemos a qu ngulo 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 har volar la carpa levantada en la playa. Es un paso
relativamente fcil capitalizar estas experiencias, sistematizar ese
conocimiento y llegar a comprender el cmo y el porqu del
comportamiento de una estructura moderna y eso intentaremos hacer
al final de este curso. Con los conceptos bsicos muy bien
asentados, se est en condiciones de avanzar sobre
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los puntos ms sutiles de la teora de las estructuras. Esto
permite al profesional aplicar con libertad pero tambin con
inteligencia una gran cantidad de nuevas ideas y mtodos
constructivos.
Tenerife Concert Hall S. Calatrava
Turning Torso S. Calatrava
Debido a los avances mencionados, en la actualidad es posible
idear, dimensionar y construir estructuras sumamente creativas, y
por eso el arquitecto se ve menos limitado por las dificultades
tcnicas. El arquitecto contemporneo medio puede aspirar en el campo
de las estructuras a realizaciones mayores que las que eran
posibles hace slo un siglo a profesionales de excepcin pero esas
realizaciones son fruto no solamente de la tecnologa, 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 matemtico sofisticado. Esto no quiere
decir que trataremos a las estructuras de manera elemental,
incompleta o simplificada: algunos conceptos estructurales
presentados sern simples y directos, otros, ms complejos; sin
embargo el alumno podr captarlos y reconocerlos en situaciones
arquitectnicas generales, sobre una base de la intuicin y el
razonamiento. Y, en este sentido, daremos preeminencia a los mtodos
grficos que permiten desarrollar una lectura ms visual del
funcionamiento
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de una cierta estructura que, a primera vista, parece bastante
compleja. Este mejor conocimiento del comportamiento de las
estructuras conducir al estudiante interesado a una mejor
comprensin de los puntos ms delicados del diseo 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 INGENIERA 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 TRAVS 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 RAZN PARA
SOSPECHAR LA EXTENSIN DE NUESTRO RECELO E IGNORANCIA.
BIENVENIDOS!!! Ct. Ing. Canciani
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BIBLIOGRAFA BSICA RAZN Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALES Eduardo
Torroja QU ES LA ARQUITECTURA Horacio J. Pando ESTRUCTURAS PARA
ARQUITECTOS Salvadori y Sller LART DES STRUCTURES Aurelio
Muttoni
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INTRODUCCIN A LOS TIPOS ESTRUCTURALES Ct. Ing. Jos M
Canciani
Trabajo Prctico n 1 El arquitecto, la arquitectura y la
estructura
1. Defina la Arquitectura y el rol del arquitecto 2. Defina qu
es la estructura y sus partes constituyentes. Busque ejemplos
de
elementos lineales, superficiales y volumtricos.
3. Qu requerimientos debe cumplir una estructura bien diseada 4.
Cmo se construan estructuras en la antigedad en la edad media.
Busque
ejemplos de obras de esos perodos indicando materiales y
resoluciones estructurales?.
5. Que fue la Revolucin Cientfica y que implicancia tuvo prale
desarrollo del
diseo estructural?
6. Qu fue la Revolucin Industrial y que implicancia tuvo para el
desarrollo del diseo estructural?
7. Cuando surge la especialidad estructural dentro de las
construcciones? Esbozar algn comentario sobre el texto de Aurelio
Muttoni.
8. Debe el arquitecto dominar la teora estructural? Por qu? 9.
Cules son las responsabilidades de los arquitectos con respecto a
la seguridad
estructural?
Ctedra: Ing. Jos Mara Canciani