Estudio y análisis del comportamiento de estructuras de grandes luces de tracción pura mediante modelos analógicos y la lectura de la imagen

Abstract

El trabajo realizado consistió en tres líneas de acción: en la primera se realizó búsqueda de información acerca de estructuras de grandes luces de tracción pura; en la segunda se inició el análisis a través de la lectura de la imagen del estadio multifuncional “J. S. Dorton Arena” (gran exponente de este tipo de estructuras) ubicado en Carolina del Norte (USA) y en la última etapa se construyó un modelo analógico representativo para comprobar el comportamiento estructural de la obra analizada. El objetivo fue estudiar el comportamiento de las estructuras de Grandes Luces de Tracción Pura en obras arquitectónicas existentes sometidas a la acción de diferentes estados de carga, para proponer patrones de diseño para su resolución estructural, a través de modelos analógicos y del estudio por imágenes. Por este motivo se elige al mencionado edificio por su particular cubierta a tracción que, morfológicamente, se describe como una cubierta de tensores con forma de paraboloide hiperbólico o “silla de montar” generada por dos arcos parabólicos que se cruzan. Los tensores generan dos parábolas (generatriz y directriz) que tienen concavidades opuestas, pero se encuentran en planos normales, conformando lo que se conoce como superficie de doble curvatura negativa. Para ello se valió, además del estudio teórico y modelos 3D digitales, de la aplicación de un modelo analógico el cual permitió realizar estudios simulando en ellos las condiciones de comportamiento estructural, en una escala reducida y adecuada para este fin. Entonces, a partir de determinados ensayos mecánicos que reprodujeron las distintas situaciones y solicitaciones a que está sometido el prototipo en la realidad se pudo identificar posibles problemas de estabilidad y resistencia que pueda llegar a padecer el edificio según los estados de carga en los que se encuentre. El modelo se construyó en escala 1:200, mediante impresión 3D se armaron los arcos y a partir de cuerdas de acero endurecido y atemperado que simularon los cables tensores. Finalizado el modelo se comprobó que al ejercer presión sobre los tensores (simular una carga) los cables transmiten la fuerza de la carga en dos direcciones hacia los bordes rígidos (arcos), y éstos transmiten a sus contrafuertes unidos mediante tensores subterráneos (para equilibrar el sistema) donde finalmente se disipa la fuerza. Se verifica de ésta manera cómo la tracción se transforma en comprensión, siendo de gran apreciaciónde que esto sucede con distintos materiales estructurales y una morfología particular que conforman un sistema auto-equilibrado, económico y eficiente. La aplicación de este estudio y del uso de modelos analógicos a escala reducida permitió generar un recurso indispensable para resolver problemas de diseño de las estructuras en general. Mediante este método se implementó un mejor estudio y entendimiento de problemas estructurales complejos de las llamadas “estructuras livianas” o “de grandes luces”.