Diseño Integral de Estructuras Laminares: la Estructura concebida como un todo con la Arquitectura Arq. María del Carmen Fernández Saiz1

El diseño de la estructura y su materialidad se entiende como parte de un proceso de diseño integral, y no sólo como desarrollo técnico de resolución y cálculo. En él la estructura colabora en la definición del proyecto arquitectónico, aportando consideraciones formales y compositivas. Este proceso, que parte de lo abstracto (concepto del proyecto), a lo concreto (materialización), puede realizarse a través de diferentes caminos o planteos, lo que indica que no existen soluciones únicas.

Las nuevas estrategias proyectuales destacan el rol fundamental de las estructuras en el desarrollo de un planteo arquitectónico-tecnológico sustentable, como respuesta a nuevos paradigmas en cuanto a materiales, y posibilidades de conformación de los tipos estructurales, partiendo de la geometría como elemento generador de la forma arquitectónica-estructural mediante la utilización de recursos y herramientas computacionales, que permiten primero generar y luego analizar gráficamente el comportamiento de las estructuras en el espacio.

El uso de estas herramientas posibilita también visualizar espacialmente la forma generada y realizar los ajustes necesarios con celeridad, lo que implica una ventaja de los modelos virtuales frente a maquetas reales. El interés del proyecto reside entonces no sólo en la forma resultante, sino también en el proceso que la genera.

La arquitectura actual está fuertemente condicionada por las nuevas tecnologías, generalizándose la producción industrial de componentes. Es entonces que el correcto planteo de un sistema tecnológico-estructural surge como posibilitante de nuevas concepciones arquitectónicas.

El diseño tecnológico-estructural parte del concepto del proyecto y mediante una estrategia de definición de la estructura en correspondencia con éste, se transforma en soporte formal y conceptual, como elemento activo en el proceso de diseño, desempeñando un rol fundamental en la definición del espacio y en la configuración global del proyecto.

Trabajos de Alumnos

En esta línea se presentan trabajos cuyo proceso de diseño surge a partir de las primeras ideas de Gaudí, sobre el funicular de las cargas, transferidas a métodos y modelos actuales. El objetivo de estos trabajos fue ensayar una nueva estrategia de diseño a partir de la utilización de un software de cálculo, que posibilitara la optimización de la estructura mediante la generación de su geometría a partir de leyes físicas (la geometría como expresión de la acción de las cargas).

1 Prof. Titular Cátedra de Estructuras IV - Prof. Adjunta Especialidad Estructuras Cátedras de Arquitectura VI A y B - Facultad de

Arquitectura Urbanismo y Diseño, Universidad Nacional de Códoba.

Se utilizó el Método de las Grandes Deformaciones (MGD), que desarrollamos en el Taller de Investigacion de Diseño Estructural (TIDE) de la FAUDI, en el cual se diseña sobre la base del comportamiento físico de estructuras laminares, en busca de una forma arquitectónica de óptima eficiencia estructural.

A partir de la deformación simulada de una lámina plana, mediante la utilización de softwares específicos como herramientas de diseño estructural, es posible la obtención de formas complejas, en sucesivos ajustes de la geometría hasta obtener aquella estructura que resulte más eficiente en su comportamiento desde el punto de vista de deformaciones y tensiones límite. El método permite además examinar rápidamente muchas variaciones del mismo sistema con el fin de generar una rápida retroalimentación dentro del proceso de diseño, convirtiéndolo en un proceso evolutivo integrador.

Los trabajos presentados pertenecen a alumnos de los últimos años de la carrera. Los primeros son ejercicios de diseño realizados durante el cursado de la Materia Electiva Diseño de Estructuras Laminares, y los programas propuestos surgen como pretexto para la búsqueda de la forma de la estructura. Los otros son proyectos realizados como trabajo final de Grado en las Cátedras de Arquitectura VI A y B. Estos, de diverso origen y concepción, tienen en común el carácter exploratorio en lo referido a la generación de la forma que establece la relación entre Arquitectura y Tecnología, utilizando las geometrías complejas y los nuevos programas para resolver el problema de proyecto.

Materia Electiva: Diseño de Estructuras Laminares

Iglesia en Chile Autores: Barbaresi, Paulo - Lorenzo, Pablo - Niedfeld, Verónica

La idea de partido se inspiró en la Iglesia Benedictina de Chile. A partir de una planta similar, se buscó lograr una fusion entre la racionalidad de la función y la plasticidad de la estructura, denotando una integración de forma, estructura y espacio (Figura 1 y 2). La forma de la cubierta surge de un estudio sobre la incidencia de la luz sobre las superficies curvas y su incidencia el espacio generado (Figura 3 y 4).

Figura 1 - Croquis con ideas preliminares

entre p iso

entre p iso

Figura 2 - Adaptación del esquema funcional a la cáscara

Figura 3 - Estudio de la incidencia de la luz del sol

Figura 4 - Arquitectura Resultante

La malla inicial se generó con la utilización del software de dibujo AutoCAD, y sirvió de base para la búsqueda de la forma mediante el Método de las Grandes Deformaciones, con Algor. El proceso de deformación de la placa plana hasta lograr la geometría adecuada requirió de varias pruebas con sucesivos ajustes. Mediante la manipulación de las diferentes variables que intervienen (número y ubicación de los apoyos, cargas aplicadas, características geométricas de los elementos) se obtuvo una forma de doble curvatura que se acercaba a las ideas iniciales de proyecto (Figura 5).

Figura 5 - Búsqueda de la geometría con software ALGOR a partir de la forma generada con Autocad

Ambas mallas (la de Autocad y la de Algor) fueron posteriormente procesadas como estructuras con condiciones reales de vínculos y cargas, para comparar su comportamiento desde el punto de vista de deformaciones y tensiones límite, demostrando mayor eficiencia la malla generada por Algor (Figura 6).

Figura 6 - Comparación de ambas mallas - Verificación de Tensiones y Deformaciones con ALGOR

Figura 7 - Detalle apoyos

Salón de Exposición de Automóviles en Córdoba Autores: Gómez Luque, Arístides - Godoy, Germán - Lana, Cristian

Se propuso proyectar un salón de Exposición de Automóviles, ubicado en un área pericentral en la ciudad de Córdoba. La propuesta arquitectónica consistió en un volumen excento rodeado de verde. La cubierta, una estructura laminar que se adaptara a la topografía del sitio, lograba una espacialidad integrada al parque a través de la envolvente de vidrio (Figura 8).

Figura 8 - Prefiguraciones - Croquis iniciales

Figura 9 - Búsqueda de la geometría con ALGOR

Como herramienta para el diseño de la forma se utilizó el software Algor, en sucesivas pruebas con variaciones en los datos de geometría, cargas y apoyos (Figura 9).

Figura 10 - Descensos Máximos

La verificación se realizó con análisis lineal de primer orden (Figura 10). Para realizar la verificación del comportamiento estructural de la forma así generada se consideró una estructura formada por una malla de tubos de acero de sección anular (Figura 11 y 12).

Figura 11 - Sección de la Cubierta de Doble Curvatura

Figura 12 - Detalles Constructivos

El modelo final constaba de cinco apoyos reticulados, modelados por separado con Autocad y luego verificados con el software Strap (Figura 13).

Figura 11 - Verificación de Apoyos con Software STRAP

Biblioteca en Ciudad Universitaria, Córdoba Autores: Ferraris, Victoria - Gómez Luque, Mariano

Para el proyecto de una Biblioteca en la Ciudad Universitaria de Córdoba, se fijaron como premisas de diseño la voluntad de destacar su carácter institucional, y la de integrarse al entorno como componente escencial del paisaje, modificándolo. La gran cubierta de las salas de lectura se resolvió como una cáscara de hormigón armado de doble curvatura, de 40m de luz libre. Se propusieron aberturas para entradas de luz, cuya geometría recuerda las cubiertas de Eladio Dieste (Figura 14).

Figura 14 - Croquis Preliminares

Figura 15 - Búsqueda de la Geometría

Durante el proceso de búqueda de la forma se consideraron diferentes alternativas con variaciones en cuanto al número y ubicación de los apoyos, a la colocación de elementos de mayor rigidez, para formar valles, y a la generación de tajos y aberturas (Figura 15). Se consideraron en cada caso modificaciones tendientes a obtener geometrías similares a los croquis iniciales (Figura 16).

Figura 16 - Proceso de generación de la Forma. Verificación de la cáscara con ALGOR

A la estructura final se le asignó un espesor y apoyos reales, y se realizó un análisis lineal que permitiera evaluar deformaciones y verificar tensiones (Figura 16). Los valores obtenidos fueron bajos para una cubierta de 40m de luz libre entre apoyos. La mayor concentración de tensiones se da en correspondencia con las aberturas y en la zona de apoyos, para lo cual se decide agregar nervios de borde y aumentar el espesor de las zonas de apoyo (Figura 17).

Figura 17 - Diseño de los Apoyos

Figura 18 - Axonometría con Despiece

El modelo definitivo consiste en una cubierta con tajos que delimitan las diferentes bandejas de lectura a medios niveles, en correspondencia con las líneas de apoyos perimetrales (Figura 18).

Trabajos de Tesis (Arquitectura VI)

Parque Turístico Ecológico Concurso Internacional 2G - Laguna de Venecia (2008) Autores: Micaela Araujo, Luciana Silva

EL Concurso para estudiantes y jóvenes arquitectos, organizado por la revista de Arquitectura 2G buscaba promover ideas de Paisaje y Arquitectónicas para la Laguna de Venecia.

El proyecto de parque busca recuperar la idea urbana de la laguna como complejo entramado de comunicaciones y asentamientos y la recuperación de la laguna necesariamente integrada en su entorno natural (Figura 18).

Figura 18 - Vista Aérea

Figura 19 - Definición conceptual

El trabajo explora las posibilidades de una gran cubierta, a modo de malla que desplegada sobre el terreno con condicionantes paisajísticas y ecológicas muy determinantes, permitirá organizar las actividades del Parque. Para resolver esta gran

malla se trabajó sobre dos conceptos asociados: una búsqueda de proyecto exhaustiva sobre las posibilidades formales y espaciales de la “malla” y su forma técnico constructiva de generación, buscando en el proceso la coherencia conceptual, formal y tecnológica (Figura 19).

Figura 20 - Generación de la forma por MGD con ALGOR

Utilizando el MGD, se diseñan estas “formas complejas” en sucesivos ajustes de la geometría hasta obtener aquella estructura que resulte más eficiente en su comportamiento.

La estructura optimizada encuentra en leyes físicas y en la naturaleza de los esfuerzos el argumento para definir la configuración del proyecto.

Figura 21 - Configuración formal/estructural y despiece constructivo cubierta

Intercambiador Polimodal de Transporte Terrestre en Río Tercero (2010) Autores: Virginia Fernández - Marina Gimera - Jorgelina Ramonda

Se propuso para el intercambiador en Rio Tercero una gran cubierta translúcida, a modo de sombra, que albergara las actividades y los intercambios entre diferentes medios de transporte. Esta gran sombra de geometría compleja lograría unificar el espacio, vinculándolo con el parque adyacente propuesto y dotando de identidad al edificio (Figura 22).

Figura 22 - Vista Aérea Nocturna

Se diseñó una estructura “antifunicular” formada por una malla de barras de grandes longitudes en madera laminada. Para la generación de la forma se aplicó el Método de las Grandes Deformaciones (MDG).

Figura 23 - Generación de la Forma

A partir de una planta plana de geometría irregular, formada por una malla de módulo cuadrado de aproximadamente 2m x 2m, con 14 apoyos, también modelados como malla, en correspondencia con el partido arquitectónico, se realizaron diferentes pruebas, en busca de la geometría más cercana a prefiguraciones previas (Figura 23). La deformación resultante del proceso en el segundo 10, que llegó a una flecha máxima de 8.50m en centro, se adoptó como la geometría definitiva de la estructura (Figura 24).

Figura 24 - Vista lateral Izquierda

La estructura laminar, resuelta con el programa de cálculo por elementos finitos Algor, fue verificada de acuerdo a los lineamientos indicados por la norma brasileña NBR7190 y en concordancia con los valores de resistencia del material (Figura 25).

Figura 25 - Deformación Placa Plana y Descensos Máximos en Estructura Laminar

Para realizar la verificación del comportamiento estructural de la forma así generada se supuso una estructura formada por una malla de barras de madera laminada de gran longitud, vinculadas entre sí por elementos mecánicos. La sección de la madera es la correspondiente a cinco capas de barras de 5cm x 5cm (2”x2”). Se agregaron además triangulaciones con tensores de acero que garantizaran la indeformabilidad de la malla (Figura 26). Como material de cubierta se consideró, sobre la estructura, una membrana de fibra de vidrio y teflón, fácilmente adaptable a superficies de doble curvatura.

El material elegido para la materialización de estas estructuras de geometría compleja fue la madera laminada. La decisión se basó no sólo en condicionantes estéticas, sino en el deseo de experimentar con un sistema constructivo desconocido para los alumnos y explorar sus posibilidades en estructuras de grandes luces.

Figura 26 - Detalles Constructivos Malla

Como sistema constructivo se adoptó una trama de barras de madera laminada de gran flexibilidad que, mediante el izado prefijado de algunos puntos, logran la geometría de doble curvatura (Figura 27). Estas mallas permiten construir superficies muy complejas con un módulo variable conformado por barras de igual longitud, desplazando a los bordes las particularidades de cada caso. El apoyo de la estructura se construye por separado y se monta en obra previamente al izado y fijación de la malla ya deformada. A ésta que se le agrega en todo su perímetro, una pieza de mayor sección y triangulada mediante tensores, para aumentar la rigidez del conjunto y absorber alteraciones de borde.

Figura 27 - Malla Estructural

La unión mecánica entre barras tiene, además del fin constructivo de materializar las uniones de la malla, la función de impedir el desplazamiento de una barra sobre la otra, absorbiendo las solicitaciones de corte, y se resuelve con conectores (bulones) de acero inoxidable que permitirán que los nudos giren y puedan trasformarse y adaptarse a la curvatura variable.

Morón Baires Airport. Segundo Premio Etapa Nacional Concurso ILAFA de Diseño en Acero para Estudiantes de Arquitectura 2009 Autores: Nuria Pecorari - Gabriela Sadir - María Luz Sarich

Este trabajo participó en el concurso organizado por el Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero – ILAFA, que en su 2° edición proponía el anteproyecto de un “Aeropuerto en una ciudad intermedia”. El instituto patrocinante busca incentivar a los estudiantes a desarrollar proyectos de arquitectura cuyos espacios y envolventes reflejen al máximo el potencial del acero como material constructivo y como herramienta de diseño arquitectónico. La estructura de la cubierta para el Aeropuerto de Morón es una estructura conformada por una malla de acero de doble curvatura (Figura 28).

Figura 28 - Vista aérea

El proceso de diseño surgió de la intención de aunar estas líneas abordadas, a partir de la generación, de estructuras “antifuniculares” formadas por mallas trianguladas de tubos de acero, vinculadas entre sí por piezas de unión también de acero.

Se partió de una planta plana de geometría irregular, formada por una malla de módulo triangular de aproximadamente 2m de lado. El modelo final constaba de 12 apoyos, también modelados como malla, como respuesta a condicionantes arquitectónicas y funcionales. Se realizaron diferentes pruebas, en busca de la geometría más cercana a prefiguraciones previas. La deformación resultante del proceso en el segundo 10, que llegó a una flecha máxima de 14m en el voladizo, se adoptó como nueva geometría de la estructura (Figura 29).

Figura 29 - Generación de la Forma - Máximos Descensos

La estructura así lograda, resuelta con el programa de cálculo por elementos finitos Algor, fue verificada de acuerdo a los lineamientos indicados por el Cirsoc 303 para dimensionado de elementos estructurales de acero y en concordancia con los valores de resistencia del material (Figura 29).

Figura 30 - Corte Constructivo

Como sistema constructivo se adoptó una trama triangular de tubos de acero de sección anular que permite desarrollar la geometria de doble curvatura, a partir de superficies planas triangulares.

A la malla de doble curvatura así conformada, se le agrega en todo su perímetro, una pieza de mayor sección, para aumentar la rigidez del conjunto, absorber alteraciones de borde y resolver las particularidades constructivas de la cubierta (desagϋes, protecciones, etc.).

Figura 31 - Elenco Estructural Detalles Constructivos

Se partió de un sistema constructivo existente en el mercado para la materializacion de cubiertas de doble curvatura, al que se le hicieron algunas adaptaciones puntuales (Figuras 31, 32 y 33).

Figura 32 - Render Interior

AGRADECIMIENTOS

Arq. Silvana Brook. Cátedra de Arquitectura 6a, FAUDI.

Arq. Celina Caporossi. Cátedra de Arquitectura 6b, FAUDI.

Arq. Fernando Díaz Terreno. Cátedra de Arquitectura 6b, FAUDI.

Barbaresi, Paulo - Lorenzo, Pablo - Niedfeld, Verónica. Materia Electiva: Diseño de Estructuras Laminares, TIDE, FAUDI.

Gómez Luque, Arístides - Godoy, Germán - Lana, Cristian. Materia Electiva: Diseño de Estructuras de Grandes Luces, TIDE, FAUDI.

Gómez Luque, Mariano - Ferraris, Victoria. Materia Electiva: Diseño de Estructuras Laminares, TIDE, FAUDI.

Araujo, Micaela - Silva, Luciana. Arquitectura 6b, FAUDI.

Fernández, Virginia - Gimera, Marina - Ramonda, Jorgelina. Arquitectura 6a, FAUDI.

Pecorari, Nuria - Sadir, Gabriela - Sarich, Ma. Luz. Arquitectura 6b, FAUDI.