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Redundancia

Redundancia

En todo tipo de estructuras, pero principalmente en construcción ligera, podemos aplicar el concepto de redundancia [https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_redundante].

La redundancia es la duplicación de componentes críticos o funciones de un sistema con la intención de aumentar la confiabilidad del mismo, usualmente en forma de simple duplicidad o agregando algunos componentes que serán útiles sólo en casos de emergencia.

Las estructuras de membrana son un caso paradigmático de este tipo de estructuras. Generalmente el elemento más grande de la estructura es una membrana textil, que es muy resistente a las fuerzas de tracción, pero no tanto a las fuerzas de desgarre. Por ejemplo, una membrana típica con una resistencia a la tracción de 800 daN / 5 cm (16 kN / m) tiene una resistencia al desgarro de 120 daN (1,2 kN).

Este hecho es el responsable del fracaso completo de una estructura de membrana en aquel caso en que la membrana estructural se rompa por cualquier razón.


Fig. 1

En esta situación hay un problema añadido: la estructura primaria (principalmente mástiles, arcos …) puede colapsar y causar más problemas, incluso peligros mortales para las personas que están debajo. Por esta razón es obligatorio (en términos de diseño de ingeniería) comprobar el comportamiento de la estructura una vez que la membrana ha desaparecido.

A veces, como en la Fig. 1, la estructura restante se mantendrá más o menos de pie. Tal vez en esta posición nadie se vería afectado. Pero en la mayoría de los casos, la estructura primaria podría caer al suelo, siendo un peligro importante que debe evitarse.

WinTess nos permite analizar fácilmente la estructura restante. Simplemente quitando la membrana a través del menú Membrana | Eliminar_membrana y analizando el resto de la estructura bajo peso propio.

Supongamos que tenemos este paraboloide hiperbólico:

 
Fig. 2

Con el menú Membrana | Eliminar_membrana dejamos sólo estructura metálica:


Fig. 3

Ahora analizamos esta estructura y obtenemos esta posición final:


Fig. 4

 

Es obvio que esta estructura es segura, porque en caso de fallo grave de la membrana permanecerá de pie.

¿Es suficiente? No. Tenemos que verificar las fuerzas sobre los elementos restantes: tracción en los cables, compresión o tracción en los tubos, etc. Con WinTess podríamos comprobarlo a través del botón “ratio


Fig. 5

Según este diagrama, la mayoría de los elementos están sobredimensionados. Eso es cierto porque el peso propio es una carga muy baja, pero lo que es realmente importante aquí es la fuerza de impacto. Cuando la membrana desaparece, los elementos metálicos restantes caen dando un fuerte tirón a los cables y otros elementos.

Analizar adecuadamente este tirón significa usar análisis de energía que no es ni fácil ni simple. Sin embargo, se puede aconsejar aumentar adecuadamente los factores de seguridad de los cables y tubos (mástiles, arcos, ..) para considerar esta energía de impacto en el caso de un fallo total de la membrana.

En conclusión, podemos decir que siempre debemos aplicar un análisis de redundancia a las estructuras textiles. Es muy importante para evitar un peligro serio para las personas y objetos que están debajo.

 

Ramon Sastre
Febrero 2017