El creador de esta novedosa técnica para construir elementos estructurales que pueden reemplazar, con grandes ventajas, al uso tradicional de la losa de concreto reforzado en muchas de sus aplicaciones convencionales. Es el Ingeniero mexicano Heberto Castillo. Además colateralmente, ha desarrollado otro elemento estructural que se llama triditrabe y que, también con grandes ventajas, cubre el trabajo que puede realizar una trabe de concreto reforzado o presforzado.
Para lograr los sorprendentes resultado a que ha llegado.
Heberto Castillo ha tomado en cuenta cierta concepción tridimensional de las estructuras que proponía el arquitecto JOSE Priani en un ensayo para lograr cubiertas baratas para casa habitación . A la estereoestructura metálica, o estructura tridimensional, le fue incorporado el material mas popular en la construcción de los últimos cincuenta años, el concreto. El resultado se traduce en una estructura mixta de acero y de concreto, que no es el concreto reforzado tradicional.
Sabiendo que en el diseño o del concreto reforzado, la zona agrietada abajo del eje neutro de una pieza, prácticamente no trabaja y es empleada únicamente como recubrimiento del acero, Heberto Castillo trabajo muchos a ¤ os buscando un sistema que suprimiera adecuadamente este concreto agrietado que siempre ha sido una carga muerta de gran consideración y que muchos estructuristas en vano han intentado suprimir.
Finalmente Castillo lo logro, invento la tridilosa que, además de ahorrar un 66 por ciento del peso del concreto de la losa o trabe tradicionales equivalente, a logrado consecuentemente eliminar la participación mas o menos costosa de la cimbra. [pic 2]
En su libro "Nueva teoría de las estructuras", Castillo nos presenta una teoría que permite él calculo elástico de estereoestructuras articuladas o continuas con el mismo grado de sencillez que lo relativo a estructuras planas.
Así demuestra, en relación a las estructuras articuladas hiperestatica, que a medida que aumenta su grado de hiperestaticidad, los esfuerzos en las barras se aproximan mas y más a un valor promedio fijo. Teniendo esto en mente, Castillo realizo el estudio de las estereoestructura tubulares sugeridas por Prieni y desarrolladas por Fuller y Makowski respectivamente en Estados Unidos e Inglaterra, pero reemplazando los elementos tubulares en compresión, en lo que pudiera llamarse el lecho superior de la pieza, por elementos de hormigón.
Básicamente la tridilosa, es una estereoestructura en la cual los elementos en compresión de la parte superior son de concreto y los elementos en tensión de la parte inferior son de acero de alta resistencia o acero de presfuerzo. Las uniones de tales elementos se logran mediante otros elementos de acero distribuidos especialmente, los cuales reemplazan a los tradicionales estribos. Debe destacarse que todos los elementos participantes toman fundamentalmente esfuerzos simples.
[pic 3]
Las principales características de este sistema son:
a) La tridilosa y la triditrabe se apoyan fundamentalmente en la idea de hacer trabajar a la estructura bajo las condiciones más elementales posibles y a los materiales que constituyen la estructura en una forma racional. Las condiciones más simples son las de que los elementos de la estructura trabajen a tensión y a compresión exclusivamente. es decir a esfuerzos simples. El trabajo racional de los materiales consiste en que el concreto se coloque en las zonas en donde hay fuerzas de compresión y el acero en donde hay tensión.
Según el concepto clásico de la losa o trabe de concreto armado, se tiene una zona de compresión arriba del eje neutro y una zona de tensión abajo del. El concreto que se encuentra en la zona de tensión no trabaja e incluso se agrieta. En los textos tradicionales se desecha solo por lo que se refiere al trabajo que puede desarrollar, pero no en cuanto a su peso, ya que esta presente en la losa y constituye como es sabido aproximadamente el 66 por ciento del peso de la estructura. Pues bien, en la tridilosa se consigue eliminar este 66 por ciento de peso muerto de la estructura tradicional, ya que en ella no existe concreto fracturado que no trabaja. En la parte superior la tridilosa lleva una capa de concreto de 5 cm. De espesor aproximadamente que sirve de elemento resistente a la compresión y hace además las veces de piso. En la parte inferior se puede poner también otra capa de concreto de 4 a 5 cm. De espesor, o solamente un falso plafon, que en el caso de la tridilosa resulta muy económico por eliminarse las canaletas, ya que el metal desplegado se amarra de las varillas de la tridilosa. También en la parte inferior se puede poner una zona (los ejes de columnas) con concreto y el resto con falso plafon, o se puede dejar aparente la estructura sin recubrimiento por abajo, según las condiciones que se den en cada caso.
La malla superior o inferior de acero es la que absorbe las fuerzas de tensión que originan las cargas verticales horizontales que actúan sobre la estructura, y los elementos diagonales inclinados de acero son los que absorben las fuerzas de tensión o comprensión que corresponderían al llamado esfuerzo cortante, que en este caso son solo fuerzas simples.
Unión Troquelada Este tipo de unión es a base de troqueles a tres golpes para asegurar una estandarización con una tolerancia de mas o menos 2mm sujeta a un tornillo y tuerca estándar. Una malla espacial Es una tipología de estructura espacial, un sistema estructural compuesto por elementos lineales unidos de tal modo que las fuerzas son transferidas de forma tridimensional. Macroscópicamente, una estructura espacial puede tomar forma plana o de superficie curva. [pic 4] [pic 5] Unión Troquelada Una malla espacial
La característica tridimensional de la estructura descrita anteriormente permitió bautizarla como tridilosa.
De lo anterior se concluye que la tridilosa es una estructura sumamente ligera, con un peso muerto que oscila de l00 a 240 kg/m2 como máximo, para elementos con claros de 20.0 m. el espesor de 5 cm. De la capa de concreto es suficiente para absorber la compresión que originaria una carga de l000 kg/m2. Una de las grandes ventajas de la tridilosa es que al aumentar el claro de la losa, no aumentamos el peso de la misma, pues solo modificaríamos el peralte aumentando el espacio de aire entre las capas superior e inferior; pero sin aumentar el peso del concreto.
En casos especiales de claros y cargas muy grandes este espesor podría aumentar, como es en el caso de puentes ferrocarrileros y carreteros.
b) La tridilosa es una estructura hiperestatica con gran numero de incógnitas.
Respecto a su funcionamiento y estabilidad, la tridilosa tiene la ventaja de que es hiperestatica con un gran numero de incógnitas, razón por la cual al ocurrir una falla local de la estructura, se efectúa una redistribución de esfuerzos pero subsistiendo el equilibrio. Lo anterior se puede comprender al considerar que en una viga continua de cuatro apoyos , por ejemplo, puede prestarse una falla en uno de ellos sin que se presente bruscamente el colapso de la estructura y que en cambio, es obvio que en una viga simplemente apoyada, al suprimir uno de los apoyos, el colapso es inmediato.
Entonces al ser la tridilosa una estructura de un grado muy alto de hiperestaticidad, soporta una gran cantidad de deficiencias en la construcción.
c) La tridilosa es un buen aislante térmico.
la tridilosa tiene la ventaja de que el colchón de aire situado entre las capas de concreto es un aislante térmico extraordinario y se puede considerar que se cumple el mismo principio de aislamiento térmico que produce un doble vidrio en una ventana. separada también por un colchón de aire, en el cual para que la transmisión del calor se pueda realizar, es necesario el calentamiento del colchón de aire.
d) La tridilosa es aislante acústico.
El colchón de aire que queda entre las dos capas de concreto origina también el que la tridilosa sea un excelente aislante acústico.
e) Con la tridilosa no se tienen problemas de flexión, de torsión ni de cortante.
La tridilosa tiene la propiedad de que al ser una estructura formada por un sistema de fuerzas en el espacio, no concurrentes no paralelas, puede reducirse ese sistema a dos únicas fuerzas cruzadas en el espacio y que a su vez se pueden hacer equivalentes a un par y una fuerza, en que el par equivale a lo que en una losa, una conoce como par de flexión o par de torsión. Por todo lo anterior, en la tridilosa se ha eliminado el problema de la flexión, el problema de la torsión y el problema del cortante y se puede decir que nunca una tridilosa fallara por flexión, que nunca una tridilosa fallara por torsión, que nunca una tridilosa fallara por cortante, porque ni la flexión, ni la torsión, ni el cortante existen, sino que actúan simples fuerzas axiales de compresión o de tensión a lo largo de la losa.
Esta gran ventaja permite eliminar en definitiva en el diseño o todas las formulas de la flexión, de torsión y de cortante que tanto se han discutido.
En el diseño de la tridilosa ya no se discutirán mas, puesto que no se emplearan; la única formula que se utilizara en el diseño de las tridilosas es la que expresa que el esfuerzo es igual a la fuerza entre el arrea, y la única complicación que acaso se pudiere presentar es él calculo del pandeo en las piezas que se diseño en.
f) Rapidez de construcción
Como la estructura metálica de la tridilosa se puede hacer antes de tener listas las columnas para su montaje, entonces se fabrica la tridilosa con toda anticipación de tal forma que podemos tener fabricados uno o dos pisos de ventaja con respecto al avance de la obra.
Luego se procede a montar dicha estructura sobre las columnas, y antes de colar las losas de la tridilosa sé
Pueden levantar nuevamente las columnas volver a montar la estructura de la tridilosa e ir colando uno o varios pisos ala vez. El colado de los pisos puede ser después simultaneo.
g) Gran disminución de la obra falsa con la tridilosa.
La tridilosa tiene además la ventaja que como es en la mayor parte de los casos autosoportante su estructura metálica, entonces es posible colar sin cimbra, solo vaciando el concreto sobre un nervometal. Incluso se puede colar con pistolas de concreto del tipo ligero. En otras ocasiones se puede colgar la cimbra de contacto de la tridilosa eliminándose el uso de los pies derechos. En estructuras como bóvedas o cascarones, el ahorro por concepto de cimbra es muy considerable.
h) La tridilosa proporciona un mejor conocimiento del comportamiento de la estructura.
En una estructura como la tridilosa se conoce a ciencia cierta, que la transmisión de esfuerzos de los lechos de concreto superior a inferior se efectúa a través de las barras diagonales, la cual significa la ventaja primordial de saber el comportamiento de la estructura, sobre todo al compararla con una losa maciza o con una losa hueca con trabes como la del entrepiso reticular, en donde se pueden establecer varias hipótesis de transmisión de esfuerzos, pero en donde no se puede decir con precisión hasta la fecha y en forma sencilla, por donde se efectúa esa transmisión.
i) Con la tridilosa la carga muerta es menor.
La tridilosa es una estructura que al aumentar su peralte no aumenta no aumenta su peso pero sí su resistencia, de tal forma que la relación: Peso muerto/carga útil, es baja, esto quiere decir que una carga muerta muy pequeña es capaz de resistir grandes cargas útiles, porque la supresión del concreto fracturado es un aumento en la posibilidad de carga útil; Lo anterior se puede comprobar al hacer la comparación de una estructura reticular de 40 cm. De peralte con una tridilosa del mismo espesor, en que la losa reticular pesa mas del doble que la tridilosa.
j) Con el sistema de tridilosa, las instalaciones sanitarias y eléctricas son colocadas en el interior de la losa.
Otra de las ventajas fundamentales de la tridilosa es la posibilidad de que todas las instalaciones eléctricas y sanitarias sean colocadas por el centro de la losa, en cualquier dirección, con el único obstáculo de las barras diagonales; aun así, existen huecos de consideración por donde es posible trazar los ductos y hasta es aconsejable suprimir algunas barras para tener una optima colocación de las instalaciones.
Aunado a lo anterior, es un edificio construido por el sistema tridilosa, se pueden abrir zanjas en las losas para establecer nuevos sistemas de drenaje, nuevas instalaciones eléctricas, etc. Porque es fácil romper una parte del lecho superior sin que se origine el colapso de la estructura. En las condiciones descritas, no existe la imposibilidad que tienen los demás sistemas estructurales para establecer baños, lavabos, tomas, etc., en sitios no previstos, siempre y cuando se dejen registros o tomas en las columnas para bajar las tuberías pues de otra manera aparecerán las instalaciones al lado de los elementos verticales. Además se puede observar en las nuevas construcciones de edificios para hoteles o de departamentos, en donde se hace necesaria la instalación de aire acondicionado, que debajo de las losas tradicionales se colocan plafones para la instalación de los ductos respectivos; debe tenerse en cuenta que aumentando el peralte de la tridilosa, esas instalaciones quedan dentro de la losa o sea, que se pueden proyectar estas instalaciones conjuntamente con la estructura.
k) Costo de la tridilosa
Dado el poco peso de la tridilosa, su empleo en las estructuras tras como consecuencia un ahorro considerable en:
1. Cimentación, ya que pesa hasta un 60 por ciento menos que otros sistemas, lo cual puede originar el que una estructura que necesitaba pilotes o pilas, ya no los necesite. Además la cimentación en si (losa y contratrabes) es más económica por estar sujeta a menores cargas.
2. Columnas, ya que están sujetas a menor carga vertical y menor efecto sísmico ya que al ser el efecto del sismo proporcional al peso de la estructura, a menor peso tenemos menor efecto sísmico.
3. Losas, ya que además de estar sujetada un menor efecto sísmico, están mas racionalmente diseñadas.
Además tenemos que considerar el ahorro del falso plafon que es muy considerable.
La tridilosa, nos dice Heberto Castillo, se puede construir en formas muy variadas incluyendo los paraboloides hiperbólicos y elipsoides. Presenta gran ventaja sobre estas mismas formas construidas en concreto reforzado puesto que prácticamente no requiere de obra falsa.
Heberto Castillo recomienda su sistema especialmente en la construcción de edificios altos que pueden reducir un 40% de su peso con relación a un diseño tradicional.
Es una buena contribución a la solución del problema del hundimiento de la Ciudad de México.
Como ejemplos podemos citar el edificio para un banco en Toluca, México. En donde en un entrepiso se cubrió con tridilosa un claro de l2 m. El espesor del concreto que se coloco sobre la estructura metálica fue de 5 cm. , El peralte de la estructura fue de 60 cm. , Con un peso total de l60 kg/m2. En los niveles superiores de este mismo edificio las tridilosas salvaron un claro de 24 m
También se utilizo en la cubierta de la central camionera norte y en el Poliforum Cultural Siqueiros, así como en el Hotel de México, uno de los edificios más altos del mundo construidos en concreto y cuyo proyecto original fue modificado al agregársele l2 pisos mas, gracias al uso de la tridilosa que bajo el peso de la estructura en un 80% a partir del décimo piso.
La triditrabe también ha sido utilizada en un puente sobre la presa de la Villita en el Bajo Balsas lográndose un notable ahorro del 75 por ciento del concreto necesario en un diseño tradicional en concreto reforzado para el mismo proyecto. El acero requerido seria en igual cantidad en los dos casos; sin embargo, siempre podrá ahorrarse acero diseñando una triditrabe presforzada.
En Inglaterra en el Battersea College of Technology, durante el mes de Junio de l966, estuvo expuesta una estructura tridilosa que fue considerada como la estructura más notable del mes.
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