Cubierta basada en la geometría de la cúpula cuadrada giroelongada para el mejoramiento de la infraestructura turística del anfiteatro del malecón de Ilo, Moquegua, Perú. Renzo Tirado Taller de Investigación en Estructuras I y II, Programa de estudios de Arquitectura, UPAO, Perú
Ricardo Zavaleta Taller de Investigación en Estructuras I y II, Programa de estudios de Arquitectura, UPAO, Perú
RESUMEN: El presente proyecto de investigación es el resultado del estudio realizado durante el Taller de Investigación en Estructuras I y II. Es una investigación de carácter aplicativo desarrollada en tres etapas, las cuales consisten en una primera parte que conlleva desde un análisis situacional para la identificación de la realidad problemática hasta la elección del objeto de intervención; una segunda etapa de recopilación y análisis de información tanto bibliográfica como contextual relacionada al objeto de estudio y; una tercera etapa en la que se desarrolló la propuesta estructural a partir de una exploración geométrica en base a uno de los sólidos de Johnson; la aproximación formal de acuerdo a la función intervenida y la estructuración del modelo geométrico. Como propuesta arquitectónica se desarrolla una cubierta para el anfiteatro del malecón costero de Ilo, en localidad de Ilo, Moquegua. El proyecto resulta ser un aporte para las necesidades proyectuales de la ciudad de Ilo, pudiendo generar un impacto positivo frente a la problemática identificada en los ámbitos de turismo y calidad de la infraestructura turística, brindando de una adecuada protección frente a la incidencia solar que afecta a los usuarios del anfiteatro además de percibirse formalmente como un potencial atractivo turístico. PALABRAS CLAVE: Malecón Costero, Cubierta, Anfiteatro, Solido J23: Cúpula Cuadrada Giroelongada
Taller de Investigación en Estructuras
1. INTRODUCCIÓN Esta investigación se ha desarrollado en la Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Artes de la Universidad Privada Antenor Orrego de la ciudad de Trujillo, departamento de la Libertad durante los semestres académicos 2021-20 y 2022-10 en el Taller de Investigación en Estructuras I y II. Este proyecto consiste en la propuesta de un prototipo estructural a partir de una problemática determinada como es el deterioro de la infraestructura e inadecuada calidad del servicio de la infraestructura turística del malecón de Ilo. Es mediante un análisis contextual y bibliográfico que se identifica la importancia del malecón costero de Ilo y su magnitud como espacio de desarrollo de actividades económicas, turísticas y culturales. De esta manera, se plantea como objetivo principal el mejoramiento de la infraestructura turística y cultural mediante una propuesta estructural de una cubierta para el anfiteatro del malecón costero de Ilo, Moquegua.
2. MÉTODOS Y MATERIALES METODOS. La presente investigación es de carácter aplicativa y tecnológica pues consiste en el desarrollo de un modelo de objeto arquitectónico para la solución de un problema. El modelo de la investigación se estructuró en tres fases desarrolladas durante los dos semestres de estudio que tomó el curso, estas son: Fase I, Fase II y Fase III. FASE I. Desde la elección del área de estudio hasta la determinación del objeto de estudio. Esta etapa consiste en la identificación de la realidad problemática. A partir de un análisis de los planes urbanos y una evaluación de las necesidades proyectuales del sector en estudio, se escogió una problemática para ser desarrollada a fin de lograr una solución mediante un objeto arquitectónico. Como producto final de esta fase, se define el problema, los objetivos y las entidades involucradas y beneficiarios. FASE II. Esta fase consiste en una recopilación de información documental y bibliográfica teniendo como objetivo de esta etapa la elaboración del marco referencial, a partir del cual se desarrolla posteriormente el proyecto. En esta fase se definen las bases conceptuales y bases teóricas; se identifican antecedentes proyectuales y; se realiza un breve diagnostico situacional en el que se analiza el contexto en el que se enmarca el objeto de intervención. FASE III. Esta fase consiste en el procesamiento de los datos y el desarrollo del prototipo estructural. Inicia con la exploración geométrica a partir de uno de los sólidos de Johnson: la cúpula cuadrada giroelongada, también llamada J-23. Durante esta etapa exploratoria se realizaron procesos de metamorfosis y sistematización de las formas a fin de obtener diversos nuevos modelos. Posteriormente se eligió una de las variantes obtenidas la cual se adaptó según la función del objeto de intervención, en este caso la de un anfiteatro. Con la aproximación formal propuesta, se plantean posibles prototipos estructurales donde uno será desarrollado como la estructura definitiva. Una vez definido el prototipo a desarrollar, se procedió a estructurar la forma, donde se definen la estructura principal, estructura secundaria, la envolvente y los vínculos estructurales como las uniones entre componentes y el anclaje al terreno. Finalmente como producto de esta etapa se presentan los resultados del trabajo de investigación mostrando esquemas, planos arquitectónicos e ilustraciones de visualización 3D. MATERIALES. Para el desarrollo de la investigación se hizo uso de material bibliográfico como libros, informes, revistas y artículos. Además, se hicieron uso de herramientas digitales las cuales sirvieron de apoyo para el desarrollo, análisis y representación gráfica de la propuesta. Para el modelado bidimensional y tridimensional se utilizaron los softwares de AutoCad y SketchUp respectivamente; mientras que para la visualización se hizo uso del software de renderizado, Lumion. 2 de 10
2
Propuesta de cubierta para el anfiteatro del malecón costero de Ilo, Moquegua
3. DESARROLLO 3.1. Exploración Geométrica Se tomo como base conceptual del diseño a los Solidos de Johnson debido a las características peculiares de su geometría. De la amplia lista formulada por Norman Johnson, se eligió trabajar con la cúpula cuadrada giroelongada (J-23). El sólido J-23 pertenece al grupo de cupulas y rotondas modificadas, está conformado por 20 vértices, 44 aristas y 26 caras. Volumétricamente, se conforma por una cúpula cuadrada y un antiprisma octogonal fijo en su base.
Figura 1: Cúpula cuadrada giroelongada
3.2. Metamorfosis de la forma Consiste en una segunda parte de la etapa exploratoria en el desarrollo geométrico del módulo estructural. La metamorfosis se refiere a la secuencia de modificaciones aplicadas a la génesis de la forma, a fin de lograr nuevas y diferentes versiones del solido inicial si perder la esencia del mismo. En esta etapa se generan variantes a partir de procesos de: a) Extrusión: estiramiento y acortamiento de la masa; b) Sustracción: reducción de la masa, eliminando partes de ella; c) Adición: añadidura de elementos al volumen original. Los procesos de metamorfosis no solo se dan con la masa del volumen, también se trabajan con las formas coplanares y alámbricas de la geometría, realizando transformaciones a partir de las caras y aristas del volumen.
Figura 2: Síntesis de variables formales obtenidas por proceso de metamorfosis
Universidad Privada Antenor Orrego
3
Taller de Investigación en Estructuras
3.3. Sistemática de la forma Según Machicao, R. la sistematización se emplea en la repetición de un elemento en una secuencia ordenada. Para esta etapa exploratoria se tomaron en cuenta cuatro tipos de ordenamiento que serán aplicadas en las variables previamente obtenidas. a)Traslación: consiste en el ordenamiento de un elemento mediante la repetición del mismo en un eje lineal; b)Reflexión: consiste en el ordenamiento de un elemento mediante la repetición del mismo en un eje que genere una simetría; c) Rotación: consiste en el ordenamiento de un elemento mediante la repetición del mismo en un eje radial o central; d)Homeometria: consiste en el ordenamiento de un elemento mediante la repetición del mismo en una secuencia de variación de escala.
Figura 3: Síntesis de variables formales obtenidas por sistematización
3.4. Prototipo inicial Partiendo de la variante J23-05, la cual surge de la partición de la volumetría original y una organización homeométrica de sus elementos, se le adiciona interiormente la misma geometría en menor escala y realizando cierta inclinación a los planos intermedios de ambas formas con el fin de brindar un ritmo a la composición. APROXIMACIÓN FORMAL-FUNCIONAL. Emplazando la geometría en el terreno, se analiza la espacialidad interna y la relación con el contexto buscando integrar la función y la forma. Se evaluaron dos propuestas: a) ajustando la volumetría a las dimensiones y escala adecuada para el anfiteatro sin alterar la disposición y ordenamiento de las formas; b)sustrayendo planos inferiores de la geometría interior y uniendo los superiores restantes se genera una cubierta interior con la perspectiva de estar suspendida en el ambiente pero sin perder la conectividad estructural. Finalmente se optó por la segunda propuesta.
Figura 4: Prototipo inicial abstracto y prototipo de cobertura
4 de 10
4
Propuesta de cubierta para el anfiteatro del malecón costero de Ilo, Moquegua
3.5. Estructuración La propuesta inicial consta de un cuerpo principal subdividido en tres bloques que se emplazan finalmente en un total de 12 apoyos anclados al terreno. Existe un segundo cuerpo el cual se encuentra suspendido y sostenido por medio de cables tensados a los vértices del cuerpo principal. Para la estructuración se realizó una modulación regular para generar rigidez y estabilidad de la estructura siguiendo las normas de una trama triangular, ya que estructuralmente el triángulo es la forma más estable que existe. Asimismo los 3 bloques del cuerpo principal se encuentran unidos por perfiles tubulares en la zona superior que se encargan de transmitir de forma uniforme las cargas hacia los 3 sectores y finalmente a los apoyos.
Figura 5: Estructura primaria (rojo) y estructura secundaria (azul)
En cuanto a los detalles de la estructura, se consideran el uso de perfiles tubulares de acero, membrana textil de fibra de vidrio para la cubierta interior suspendida y paneles de policarbonato translucidos para la envolvente exterior. Para los apoyos y uniones se plantean el uso de accesorios de acero encargados de ensamblar los elementos estructurales; en el caso de los apoyos se desarrollan soportes de acero anclados a una placa de acero conectado a las zapatas mientras que las barras o aristas conectadas entre sí lo hacen mediante anillos hexagonales de acero.
4. RESULTADOS El proyecto se encuentra ubicado en el sector costero central del distrito de Ilo exactamente en el área del anfiteatro perteneciente al malecón costero, el cual es uno de los mayores atractivos turísticos de la ciudad por el circuito cultural y natural expuesto en su recorrido a lo largo de sus 1.6 kilómetros de extensión.
Figura 6: Plano de sitio
Universidad Privada Antenor Orrego
5
Taller de Investigación en Estructuras
Figura 7: Plano de vista superior y planta del Anfiteatro
La cubierta propuesta se define formalmente como una variante de la cúpula cuadrada giroelongada la cual fue transformada mediante sustracciones y el re dimensionamiento de bloques a modo de juego de escalas con el fin de dar un ritmo estético a la composición formal. Adicionalmente con la generación de una forma similar de menor escala al interior del volumen, se propone una cubierta interior. Desde un inicio, se tuvo un enfoque de diseño desde su perspectiva en corte buscando la armonía entre la espacialidad, la estructura, la forma y la función. En cuanto al tratamiento de la envolvente se desarrollan los llenos y vacíos de forma que: a) Llenos: se usan paneles de policarbonato translucido en los tres bloques principales; mientras que en b) Vacíos: se dan en los espacios intermedios de los bloques con el fin de permitir un flujo de aire continuo y en ciertas áreas de la zona inferior tercer bloque estructural generando aberturas para el ingreso del público.
Figura 8: Sección longitudinal
Figura 9: Elevaciones frontal y lateral
6 de 10
6
Propuesta de cubierta para el anfiteatro del malecón costero de Ilo, Moquegua
La ciudad de Ilo, Moquegua se posiciona geográficamente en la latitud 17.6° Sur, con esos datos se puede analizar ambientalmente el lugar donde se emplaza la propuesta. Con respecto al análisis del movimiento solar, se complementa y completa la propuesta de cubierta de manera que proteja correctamente al usuario de la radiación e incidencia directa del sol. Se toma de ejemplo la posición en las cuatro fechas más conocidas, los solsticios y los equinoccios; y en tres horas críticas, 9 A.M., 12 P.M: y 15 P.M. En las cuales, tal y como se observa en la figura 8, se protege totalmente la gradería y escenario, impidiendo el posible desarrollo de problemas de salud del usuario y el deterioro acelerado de la infraestructura existente.
Figura 10: Análisis solar
Como propuesta constructiva - estructural, se plantea el uso de materiales como el acero para los perfiles tubulares de la estructura principal y secundaria los cuales son de 8’Փ; paneles de policarbonato de 10mm de espesor para la envolvente exterior y una membrana textil de fibra de vidrio recubierta con teflón para la cubierta suspendida interior. Adicionalmente se diseñaron los vínculos estructurales clasificados en: a) Anclajes: conformados por dos soportes de acero , uno empernado al perfil tubular y otro asegurado en una placa de acero anclado a una zapata ; b) Uniones: elementos de acero tipo anillo a los cuales llegan las aristas o perfiles tubulares y que varían según la cantidad de aristas que se encuentran; y c) Accesorios: son elementos adicionales los cuales aportan en el ensamblaje de los paneles de la envolvente exterior y la membrana textil de la cubierta interior. La construcción del modelo estructural se desarrolla en cuatro fases: a) Una primera fase donde se ubican los doce anclajes en el terreno; b) Una segunda fase donde se realiza el armado y ensamblaje del cuerpo principal, paralelamente realizando el ensamblaje de los paneles de policarbonato de la envolvente exterior; y c) Una tercera fase donde se adiciona la estructura de la cobertura suspendida interior y se realiza el tensado de la membrana textil.
Universidad Privada Antenor Orrego
7
Taller de Investigación en Estructuras
Figura 11: Propuesta estructural. En la parte media y superior se expresan la malla estructural y detalles constructivos. En la parte inferior se expresan las fases constructivas de la propuesta estructural.
8 de 10
8
Propuesta de cubierta para el anfiteatro del malecón costero de Ilo, Moquegua
Figura 12: Visualización 3D. En las tres primeras imágenes se presentan las vistas a vuelo de pájaro. En la cuarta y quinta imagen se presentan vistas cercanas al nivel de espectador de la parte posterior y frontal de la propuesta arquitectónica. En la ultima imagen se presenta una vista interior.
5. CONCLUSIONES Existe la necesidad prioritaria de enfoque constructivo y de diseño arquitectónico que planteen propuestas para mejorar la situación del malecón costero de Ilo, debido a su gran influencia dentro de la economía local y su eficiente atractivo para turistas nacionales e internacionales. El equipamiento del anfiteatro es, sino el más importante de todo el malecón costero, uno de los atractivos que mayor potencial para desarrollar actividades turísticas, culturales y recreacionales tiene, su emplazamiento es una conexión visual y directa desde el malecón hacia el litoral y el mar peruano. La tipología de cubierta ligera resuelve teóricamente la problemática radiación directa del sol en los usuarios del anfiteatro y permite un correcto y prolongado funcionamiento del mismo. La cúpula cuadrada giroelongada dota de variaciones formales muy especulativas al momento de modificar y moldear una idea compositiva inicial. La propuesta estructural y sus cuatro cuerpos logran una composición formal y funcional arriesgada pero equilibrada mediante los distintos componentes que la conforman. El sistema estructural empleado, mediante sus componentes primarios y secundarios, logra una estabilidad que permite un correcto funcionamiento del anfiteatro sin poner en peligro a sus usuarios.
Universidad Privada Antenor Orrego
9
Taller de Investigación en Estructuras
ANTECEDENTES Es una experiencia académica del programa de estudios de Arquitectura de UPAO, desarrollada en el Taller de Investigación en Estructuras I y II durante los semestres 2021-20 y 2022-10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Dirección General de Políticas y Regulación en Vivienda y Urbanismo (2020). Plan de Desarrollo Urbano, Ilo 2020-2030. Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento INTI. (2009). Proceso de diseño. Buenos Aires: Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Ruales, J. (2016). Diseño Comunicacional. Universidad Francisco de Quito. Bardales, H. (2018). Estudio de los requerimientos de recreación y cultura en el PP.JJ Miramar Bajo Chimbote. UCV. Diez, G. (2005). Diseño Estructural en Arquitectura: introducción. 1ª ed. Nobuko. Buenos Aires, Argentina. Boullón, R. C. (2006). Planificación del espacio turístico. Trillas. Machicao, R. (1990) Diseño Estructural para Arquitectos. Arius S.A. Lima. Carbone y Ireland. (2016). Policarbonatos en Fachadas. Uruguay: FADU. CPEA. (2011). Instrucción del Acero Estructural. España: Ministerio de Fomento. MTC. (2016). Manual de Puentes. Perú: MTC. Nuñez, Acosta, Madrid, Quiroz y Gonzáles. (2018). Estudio De Factibilidad Para El Uso De Acero Galvanizado En Estructuras De Concreto De Puentes Y Muelles De La Sct. México: SCT. RENZO TIRADO MORENO Estudiante de último ciclo del programa de Arquitectura, UPAO RICARDO ZAVALETA TISNADO Estudiante de último ciclo del programa de Arquitectura, UPAO
10 de 10
10