Análisis comparativo entre una malla tensegrítica de doble capa y una cobertura metálica convencional, en el comportamiento estructural para una infraestructura deportiva menor en la Ciudad de Arequipa

Morón Chávez, Doménico Fabricio

Análisis comparativo entre una malla tensegrítica de doble capa y una cobertura metálica convencional, en el comportamiento estructural para una infraestructura deportiva menor en la Ciudad de Arequipa

dc.contributor.advisor	Bustamante Mora, Boris André
dc.contributor.author	Morón Chávez, Doménico Fabricio
dc.date.accessioned	2024-11-14T21:15:29Z
dc.date.available	2024-11-14T21:15:29Z
dc.date.issued	2024-10-30
dc.description.abstract	En las infraestructuras deportivas abiertas de la ciudad de Arequipa se suele usar mucho estructuras metálicas, desde coberturas totalmente planas (horizontalmente) hasta coberturas con ligera inclinación (respecto a la horizontal); todas son casi iguales y tienen el mismo propósito: ofrecer protección solar a las canchas deportivas; así pues, esta monotonía de estructuras refleja que son sistemas buenos, pero a la vez también refleja una posible escasez de opciones ante la necesidad de la protección solar. Por otro lado, existe un principio físico que está llamando la atención estos últimos años, la “Tensegridad”, un sistema que funciona únicamente bajo cargas axiales: tensión y compresión, presentando únicamente elementos de cables y barras; este sistema axial no permite que dos barras se toquen entre sí en un mismo punto, logrando así un aspecto visual muy llamativo, dando la sensación de que las barras están flotando en el aire sin tocarse unas de otras, y aunque no lo parezca, este sistema funciona muy bien, es capaz de auto soportarse e incluso resistir fuerzas externas sin colapsar. Este trabajo de investigación junta la necesidad de tener más opciones de estructuras para la protección solar, con la novedosa existencia de un sistema físico poco conocido e indagado, dando como resultado una comparación estructural de dos tipos de estructuras diferentes (coberturas metálicas convencionales y mallas tensegríticas), logrando determinar finalmente qué tan funcional puede ser una cobertura tensegrítica, y si puede ser usada en nuestra ciudad en vez de las coberturas metálicas que existen. Como se mencionó, la comparación se hizo entre estas dos estructuras: una cobertura convencional y una malla tensegrítica de doble capa; la cobertura convencional es escogida de un trabajo de investigación realizado por dos alumnos de la UCSM de Arequipa, donde analizan muchas de estas coberturas en la ciudad, concluyendo que este tipo de estructuras no son bien diseñadas por parte de los profesionales y presentan deficiencias; de entre todas esas estructuras analizadas se seleccionó solo una, la cual representará a todas las demás; por otro lado, se escogió también una sola malla tensegrítica representativa para la comparación. El proceso para seleccionar a la malla tensegrítica representativa consta de una evaluación entre fuerzas internas y desplazamientos; en total se analizaron 35 mallas tensegríticas creadas desde cero a través de dos métodos, uno de ellos es a través de la unión de varios módulos tensegríticos únicos e iguales, los cuales pueden unirse mediante distintas formas, dando así una amplia cantidad de mallas de este tipo; el otro método usado se da a través de la teoría de la “Manipulación Rot-Umbela”, donde se usan mallas de doble capa existentes, pero que con el uso de esta manipulación se convierten en mallas tensegríticas de doble capa. En total se lograron 21 mallas por medio de la unión de módulos y 14 mediante la Manipulación Rot-Umbela; para poder escoger a la mejor malla de las 35 generadas, se analizó cada una de ellas bajo las mismas cargas de viento y bajo las mismas condiciones (misma área, mismo elementos, etc.), logrando una comparación justa para todas; la comparación se hizo en base a fuerzas y desplazamientos, escogiendo como mejor, a la estructura que presente menores fuerzas axiales en sus elementos (tanto a compresión como a tracción) y la que tenga menores desplazamientos, ya que de esta manera se está escogiendo a la malla más segura en cuanto a deformaciones, y a la que puede resistir más fuerzas de viento antes de llegar a un mecanismo de falla. Una vez obtenida la malla tensegrítica y la cobertura metálica convencional representativa, se procedió con la comparación final; como ya se escogió previamente la cobertura convencional gracias al trabajo citado, se puede conocer su velocidad de viento alcanzada antes de fallar, y se puede conocer también las propiedades que tiene cada uno de sus elementos; por otro lado, la malla tensegrítica representativa al ser diseñada desde cero, tuvo que adaptarse a las mismas condiciones de la cobertura metálica, diseñándola nuevamente bajo los mismos elementos, bajo la misma área y con apoyos similares; así pues, ya diseñada la malla tensegrítica final, se modela en el programa SAP2000 y se la analiza ante cargas de viento bajo un análisis estático no lineal (a través de rótulas plásticas); tras los análisis se obtuvieron resultados exageradamente buenos en cuanto a la velocidad de viento con la que falla la estructura, y esto se debe a que la malla tensegrítica al tener tantos elementos compresores y tensores genera una densidad de acero muy alta, obteniendo así fácilmente resultados positivos; por esta razón se rediseña nuevamente la malla tensegrítica tratando de generar una densidad de acero similar, como la usada en la cobertura metálica convencional; cuando se vuelve a analizar este segundo diseño de la malla, se observa que no es competente, directamente no es capaz de resistir alguna carga de viento mínima junto con el propio peso de la estructura, concluyendo así que con densidades iguales de acero, la cobertura convencional tiene resultados positivos y la malla tensegrítica no. Finalmente se vuelve a rediseñar la malla tensegrítica por última vez, cambiando las propiedades de sus elementos y aumentando sus áreas nominales, de tal forma que se obtengan resultados positivos similares a los de la cobertura metálica convencional (velocidades de viento antes de la falla); tras el análisis respectivo, se concluyó que este tercer diseño de malla tensegrítica, soporta ligeramente una mayor velocidad de viento que la alcanzada por la cobertura convencional, sin embargo usa aproximadamente el triple de la densidad de acero.
dc.format	application/pdf
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/20.500.12920/14290
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Católica de Santa María	es_ES
dc.publisher.country	PE
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.uri	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/	es_ES
dc.source	Universidad Católica de Santa María	es_ES
dc.source	Repositorio de la Universidad Católica de Santa María - UCSM	es_ES
dc.subject	Mallas tensegríticas de doble capa
dc.subject	Coberturas metálicas
dc.title	Análisis comparativo entre una malla tensegrítica de doble capa y una cobertura metálica convencional, en el comportamiento estructural para una infraestructura deportiva menor en la Ciudad de Arequipa
dc.type	info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.version	info:eu-repo/semantics/publishedVersion
renati.advisor.dni	72476554
renati.advisor.orcid	0000-0002-7612-315X
renati.author.dni	71949126
renati.discipline	732016
renati.juror	Ugarte Calderón, Enrique Alfonso
renati.juror	Guillen Malaga, Milagros Socorro
renati.juror	De la Cruz Mendoza, Fernando Aron
renati.level	https://purl.org/pe-repo/renati/nivel#tituloProfesional
renati.type	https://purl.org/pe-repo/renati/type#tesis
thesis.degree.discipline	Ingeniería Civil
thesis.degree.grantor	Universidad Católica de Santa María.Facultad de Arquitectura e Ingenierías Civil y del Ambiente	es_ES
thesis.degree.name	Ingeniero Civil