UNC-FAUD-Estr4 EXPERIENCIA DE DISEÑO ESTRUCTURAL

8/14/2019 UNC-FAUD-Estr4 EXPERIENCIA DE DISEO ESTRUCTURAL

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EXPERIENCIA DE DISEO ESTRUCTURAL

Tensoestructuras: Bsqueda de la forma a partir de la construccin de maquetas

Arq. Gustavo G. Gnzalez1, Prof. Adjunto Estructuras IV,Arq. Karin Klein, Prof. Asistente Estructuras IVArq. Nahuel Ghezan, Prof. Asistente Estructuras IVFacultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseo, U N C. Crdoba, Argentina

RESUMEN

Las estructuras tensadas han demostrado tener propiedades nicas para cubrir grandesreas utilizando el mnimo material. El diseo de estos elementos se ha basadoprincipalmente en el diseo de la forma en relacin al estudio del comportamientoestructural y en la resolucin de condiciones constructivas.

Es importante destacar que las estructuras, antes de ser calculadas, deben serdiseadas; esto implica un reconocimiento casi filosfico, sobre el comportamiento de unmecanismo estructural como elemento integrado en un edificio en el que interactan suspropias condicionantes, caractersticas y limitaciones junto a las impuestas por losaspectos expresivos, funcionales, culturales y por su propio medio productivo.

El siguiente trabajo relata la experiencia implementada durante el ao 2013, en la materiaESTRUCTURAS IV, con el objetivo de optimizar el trabajo en taller y verificar latransferencia de los contenidos propios de estructuras al proyecto arquitectnico.

La ejercitacin prctica consisti en el diseo de una estructura liviana destinada a cubrirun espacio multifuncin utilizando estructuras textiles o tensoestructuras, enfocndoseprincipalmente en el diseo de las formas y mecanismos estructurales por sobre eldimensionado y verificacin seccional.

Se fij como objetivo principal el reconocimiento de la variable tecnolgica como una delas condicionantes relevantes en relacin a la idea generadora y al desarrollo delproyecto.

Los alumnos construyeron maquetas de estudio, como recurso de diseo para ladefinicin de la forma estructural, y como herramienta de aprendizaje para comprender elcomportamiento de estas estructuras.

El trabajo se complet con el desarrollo de una memoria tcnica que documentaraproceso de diseo, definicin de elementos componentes, anlisis del mecanismoestructural, y diseo de detalles constructivos. Algunos grupos adems modelaron laestructura para su verificacin mediante el uso de programas de clculo matricial.

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Correo electrnico de contacto: Gustavo G. Gnzales,[email protected]: 0351-155913487


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INTRODUCCIN

Nuestra experiencia previa como docentes de estructuras de otros niveles dentro de lacarrera de arquitectura nos permiti reconocer la dificultad que presentan los alumnos no

solo de comprensin de los contenidos especficos sino tambin la falta de correlacin ytransferencia de los conocimientos adquiridos al diseo arquitectnico, situacin quizsfavorecida por un plan de estudios que ha estado caracterizado por una fragmentacindisciplinar y por el pensamiento de que en las materias de estructuras solo se aprende acalcular y dimensionar.

Esta problemtica sumada a la necesidad de conformar nuevamente la materia deESTRUCTURAS IV nos brind la oportunidad de reflexionar y replantear las metodologasde enseanza con el principal objetivo de impartir conocimientos bsicos con un lenguajesencillo y explicaciones fundamentalmente conceptuales, sin perder por ello la rigurosidadde la propia ciencia [1] de manera de fomentar en el alumno la formacin de criterios de

diseo estructural que puedan ser luego vertidos en su propio proceso de sntesisproyectual.

En este sentido el dictado de la materia est organizado en clases terico-prcticas conespecial nfasis en el desarrollo del TRABAJO PRACTICO DE DISEO cuyo principalobjetivo es la verificacin del manejo de los aspectos tecnolgicos desde la mismagnesis del proceso proyectual sobre la base de un conocimiento conceptual de laproblemtica estructural y de las lgicas constructivas que posibiliten su materializacin.Situacin que se ve favorecida por la propia temtica a abordar grandes luces en dondela estructura desenvuelve un rol primordial en la configuracin espacial y formal delhecho arquitectnico.

EL CONTEXTO INSTITUCIONAL

Es importante en una primera instancia remitirnos sintticamente a contextualizar laexperiencia del empleo de esta herramienta didctica comprendiendo por un lado lainsercin de la materia dentro de la estructura curricular y por otro lado el entorno endonde se plantea la ejercitacin prctica dentro del programa de la materia.

Estructuras IV (Estructuras de Grandes Luces - FAUD) en el mbito curricular de lacarrera

En 1992 en la carrera de Arquitectura de la Facultad de Arquitectura Urbanismo y Diseodebido a una modificacin del plan de estudios se eliminan varias materias obligatorias dequinto ao, entre ellas Estructuras IV, y se reemplazan por un sistema de crditos aobtener de un amplio abanico de materias electivas que deben proponer las ctedras.A partir de all el plantel docente de la materia conforma el Taller de Investigacin deDiseo Estructural dedicndose de lleno a la investigacin, a la formacin de becarios, aextensin, y a ofrecer materias electivas para los estudiantes de grado entre ellas: Diseoestructuras laminares, tensoestructuras, estructuras de grandes luces, estructuras de

madera, estructuras de fundaciones.


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Nuevamente en el ao 2007 se modifica el plan de estudios re-incorporndose a lacurrcula la materia de Estructuras IV como asignatura cuatrimestral.

El equipo docente se conforma en parte con integrantes del Taller de investigacin y conprofesores del rea de estructuras de otros niveles tanto de la FAUDI como de la carrera

de Ingeniera Civil de la Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales..La asignatura Estructuras IV corresponde a Nivel V. Este nivel abarca la culminacin delas orientaciones, especializaciones o integraciones de conocimientos y capacidadesadquiridas durante las instancias anteriores segn especifica el Plan de Estudios 2007,adecuado a la Resolucin MECyT.

El Trabajo Prctico de Diseo y el Programa de la materia

La Materia comienza a dictarse a partir del ao 2011 con la modalidad de cursado

cuatrimestral. Esta organizada en 12 semanas con una disposicin horaria de 3 horassemanales de clases terico-prcticas de 1 y 2 hs respectivamente. Los alumnos tienen laposibilidad de elegir el cuatrimestre de cursado con la opcin de eleccin de dos horariospor lo que la relacin docente-alumno de es aproximadamente 1 docente cada 50alumnos por taller. La temtica especfica a abordar es el diseo de estructuras degrandes luces mediante el estudio de las diferentes tipologas estructurales y de latectnica que posibilita su construccin, por ello se propone la realizacin de experienciasde diseo con el objetivo propiciar la integracin de los contenidos propios del campoespecfico al proyecto arquitectnico.

EL TRABAJO PRCTICO DE DISEO

El desarrollo de la propuesta didctica ha sufrido modificaciones en funcin de evaluacindel proceso de enseanza-aprendizaje. Se han realizado experiencias de reelaboracin,desarrollo y verificacin del sistema estructural propuesto en los proyectos de materiastroncales de diseo, se ha estimulado a la participacin del concurso de Alacero paraestudiantes , se han propiciado experiencias interdisciplinarias con estudiantes deingeniera y en particular durante el primer cuatrimestre presente ao se ha decididofocalizar el desarrollo del Trabajo Prctico en el Diseo de estructuras que trabajenprincipalmente a Traccin.

Eleccin de Estructuras Tensadas

En la actualidad los avances tecnolgicos han posibilitado la incorporacin de lasherramientas digitales y el desarrollo de nuevos materiales que han revolucionado no sololas dinmicas proyectuales cada vez ms complejas sino tambin los propios procesosconstructivos y de ejecucin que materializan nuestros proyectos arquitectnicos.

En ese contexto las estructuras traccionadas protagonizan la vanguardia de los retos delsiglo presente hacia la optimizacin de la racionalizacin de las bsquedas formales

presentando las siguientes ventajas que comulgan con la visin del cuerpo docente y que


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fueron determinantes en la decisin de su empleo para el desarrollo de la ejercitacinprctica:

Su diseo implica una ntima relacin entre forma, funcin y materialidad para locual se requiere de una base terica conceptual de su comportamiento membranalque incrementa sus posibilidades creativas.

Existe una indisoluble relacin entre configuracin espacial resultante y labsqueda formal que define a la estructura.

Expresan belleza y liviandad mostrando el flujo de las fuerzas de forma natural yempleando las secciones estructurales de manera altamente eficiente.

En su concepcin persiguen una solucin sostenible reduciendo al mnimo elconsumo de materiales y adaptndose fcilmente a sistema pasivos deacondicionamiento bioclimticos.

Su materializacin implica un conocimiento avanzado sobre los nuevos materialesy componentes que configuran los elementos componentes del sistema estructural.

El desarrollo del proceso constructivo implica un conocimiento detallado de todaslas etapas de ejecucin.

DESARROLLO DEL PRCTICO

Objetivo

Disear un objeto arquitectnico de cierta complejidad, reconociendo la variabletecnolgica como una de las condicionantes relevantes en relacin a la idea generadora yal desarrollo posterior del proyecto. La estructura deber desempear un rol protagnicocomo elemento configurante del espacio y de la caracterizacin de la obra.

Tema

Diseo de una estructura liviana destinada a cubrir un espacio multifuncin que utiliceestructuras textiles, estructuras de cables, tensegritis o cualquier estructura laminar quefuncione principalmente a la traccin.

Se sugiere trabajar en el terreno perteneciente al rea deportiva de Ciudad Universitaria,proponiendo un espacio multifuncin donde se puedan realizar actividades tantodeportivas como sociales, y que permita una integracin con los barrios vecinos.Programa:

rea principal, de aproximadamente 700 m2

Servicios sanitarios y pequeo depsito

Metodologa

La ejercitacin de diseo fue planteada para el estudiante que ya ha completado el cicloformativo y que posee la instrumentacin necesaria para elaborar propuestas

arquitectnicas de mayor complejidad y que se encuentra en la bsqueda de su propioproceso de diseo.


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Aprehender conceptos bsicos vertidos en las clases tericas sobre los sistemasestructurales que trabajan principalmente a traccin, su generacin geomtrica y susposibilidades de estabilidad mediante aumento de peso de la cubierta, par de cables tensoestructuras. Incluye la bsqueda de antecedentes pertinentes.

Figura 2. Conceptualizacin del Tema Problema

Elaboracin de Premisas de Diseo

En esta instancia se evalan las condicionantes de diseo y se generan las premisasarquitectnicas en donde la variable estructural es determinante de la espacialidad ydefinitoria del proyecto. Es fundamental que el estudiante pueda ponderaradecuadamente todos los aspectos que condicionan su propuesta adecuandocoherentemente aquellas que son fundamentales y que rigen los principios bsicos de lageneracin geomtrica que definen la estructura.

Figura 3. Premisas de Diseo y verificacin de integracin de la variable estructuralProceso de bsqueda formal a partir de modelos fsicos y evaluacin deAl ternat ivas

El proceso creativo debe estar basado en un profundo conocimiento terico que permitainterpretar los resultados del modelado analizando empricamente el flujo de las fuerzaspara planear nuevas soluciones y enriquecer las posibilidades de diseo.

En este tipo de estructuras es fundamental la DEFINICIN de la GEOMETRA mediantela aplicacin de los principios de definicin de superficies mnimas que garanticen una

ptima coordinacin entre forma, fuerzas y materiales y un correcto comportamientomembranal.


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Por ello se propone trabajar con MODELOS FSICOS ya que ofrecen un sistema muyfiable de comprobacin de su mecanismo estructural y de los que ya existen bastosantecedentes desarrollados sobre todo por Frei Otto.

Adquiere vital importancia entonces, el PROCESO de BSQUEDA de las FORMAS

generadoras del sistema estructural y configurantes del espacio mediante el empleo delas maquetas que permiten verificar experimentalmente su secuencia constructiva, latransferencia de cargas entre los elementos que componen el sistema y de estos al planode apoyo, los problemas de ejecucin y estabilidad del conjunto, comprender lassolicitaciones sobre cada elemento componente y la evaluacin sobre las consecuenciasde cada cambio introducido.

Figura 4. Bsqueda de la geometra a partir de modelos fsicos

Desarrollo de la Propuesta arquitectnica y anlisis del mecanismo estructural

Comprende la realizacin del legajo grfico para la comprensin de la propuestaarquitectnica mediante la presentacin de plantas, cortes, imgenes, maqueta final, etc yel anlisis grafico conceptual sobre el funcionamiento de la estructura lo que supone unadeduccin emprica del trabajo realizado a partir del uso de las maquetas. En estainstancia se evala la capacidad de los alumnos de proyectar formas resistentesaltamente eficientes tanto del conjunto como de cada elemento componente persiguiendoprincipios de esbeltez y elegancia que caracterizan a las estructuras tensadas pero sobretodo que exista una SINERGIA adecuada entre el proyecto arquitectnico y la definicindel sistema estructural valorando los criterios adoptados y la transferencia de losconocimientos especficos.


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Figura 5. Desarrollo de las Propuestas y Anlisis del Mecanismo Estructural

Factibil idad de materializacin y definicin de las lgicas construc tivas

El anlisis del comportamiento estructural de los modelos fsicos permite inferir sobre eltipo de solicitaciones que actan sobre cada componente estructural y reconocer lospuntos crticos que deben resolverse para garantizar la factibilidad constructiva.Estas estructuras presentan la ventaja de poseer una ligereza extrema y una facilidad demontaje necesitando de un profundo estudio de las propiedades de los materiales, lastecnologas disponibles y del reconocimiento del tipo de solicitacin que oriente alestudiante hacia la bsqueda del diseo eficiente de las secciones.

Se debe evaluar el correcto criterio de estabilizacin y rigidizacin del sistema estructuraly el consecuente diseo de puntos de anclaje y vinculacin en especial de los apoyos ylas fundaciones capaces de trasmitir al suelo las cargas y de equilibrar el tiro de loscables. En su desarrollo geomtrico deben evitarse posibles zonas de acumulacin deagua de lluvia o nieve. La materializacin de la membrana supone conocimiento sobre supatronaje y el carcter deformable de las estructuras condiciona el diseo de lasenvolventes que deben ser compatibles con sus movimientos.

Figura 6. Definicin de la Factibilidad de Materializacin


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EXTENSIN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS

De acuerdo a la experiencia se valora positivamente el empleo de la metodologa deenseanza-aprendizaje y se propone profundizar a futuro sobre la definicin ms concreta

del tema problema (en el segundo cuatrimestre se elige trabajar con un proyecto quecubra el espacio exterior vacante entre los edificios de la facultad) y del clculo,dimensionado de las secciones y diseo de las fundaciones mediante uso del softwareespecfico Wintess desarrollado por el prof. Arq. Ramn Sastre de la UniversidadPolitcnica de Barcelona.

El aprovechamiento de las aptitudes que definen el perfil del alumno de arquitectura encuanto al manejo de los modelos a escala y su facilidad para la comunicacin grfica apartir del uso de herramientas digitales permiti que los resultados obtenidos seanaltamente satisfactorios por lo que fueron seleccionados para realizar una exposicin delos trabajos que trascendi las propias fronteras de la ctedra y que formaron parte de

ARQUISUR.

Figura 7. Afiche de presentacin + imgenes de la muestra

CONCLUSIONES

La experiencia produjo una efectiva integracin de la variable tecnolgica- estructuraldurante el desarrollo del proyecto arquitectnico. Se comprueba la incorporacin de losconceptos tericos a travs de la comprobacin emprica mediante el uso de modelosfsicos que permitieron un intercambio de experiencias fluido y dinmico entre losestudiantes durante su desarrollo en taller de manera de fomentar el aprendizajecolaborativo y participativo. Dicha experiencia trascendi los lmites de la materia parahacerse extensiva a toda la comunidad educativa mediante la exposicin de los trabajosrealizada durante las Jornadas ARQUISUR que se desarrollaron durante la ltima semanade septiembre.

La experiencia nos ha permitido inferir en que la metodologa didctica adoptada haposibilitado que los estudiantes sean los verdaderos agentes de la construccin de sussaberes y responsables de sus propios procesos de aprendizaje. Se pretende continuar

con la formulacin de actividades prcticas similares avanzando sobre su programa y elclculo junto a la verificacin seccional mediante la modelizacin digital de las propuestas


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a partir del empleo del programa de Wintess en el cual nos estamos capacitandoactualmente el grupo docente para en un futuro llegar a una accin concreta dematerializacin.

Por ltimo y para sintetizar el espritu perseguido por nuestra ctedra citamos:

Una vez ms, parece que las estructuras ligeras () tienen la oportunidad de ser parteimportante del futuro de las estructuras. De todos modos para todas las futurasestructuras complejas y de calidad necesitamos maestros de obras, ingenieros que sepande arquitectura y ARQUITECTOS CON UNA BUENA FORMACION Y UNCONOCIMIENTO PROFUNDO DE CMO TRABAJAN LAS ESTRUCTURAS. Entoncespodremos tener grandes esperanzas [2]

REFERENCIAS

[1] Prof. OSCAR FERRERAS. (2010) Programa y Plan de Trabajo Estructuras IV

FAUDI UNC.

[2] P.CASSINELLO, M. SCHLAICH,J.A TORROJA. (Julio Sep. 2010) Felix Candela. Enmemoria (1910-1997).Del Cascarn de hormign a las estructuras ligeras del siglo XXIInformes de la Construccin Vol. 62, 519, 5-26, ISSN:0020-o883 elSSN 1988-3234 doi:10.3989/ic 10.400 del Instituto Torroja.

AGRADECIMIENTOS

Al Equipo docente y alumnos de la Ctedra de Estructuras 4, FAUD, UNC.

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