Estructuras laminares o el máximo esponente de la eficiencia estructural en elementos superficiales.
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Estructuras laminares
Las estructuras laminares son el máximo exponente de la eficiencia estructural en elementos superficiales, midiendo la eficiencia en este caso únicamente por la cantidad de material necesaria para dimensionar la estructura.
Para explicar el por qué, recorramos el camino desde lo particular a lo general.
Elementos unidireccionales
Empezando por los elementos unidimensionales, para resolver un gran vano llega un punto en el que es imposible hacerlo con una viga que trabaje a flexión y hay que recurrir a una estructura de orden superior como es la celosía.
La celosía está compuesta de muchos tirantes y bielas que trabajan principalmente a tracción-compresión.
De esta manera se pasa de la flexión –muy poco eficiente– a la compresión –más eficiente– y a la tracción –el esfuerzo más eficiente–.
¿Por qué con la tracción siempre se ahorra más material que con la compresión? Porque se evita el pandeo.
Elementos bidireccionales
De la misma manera se puede proceder con los elementos bidimensionales.
Cuantos más esfuerzos fuera de plano se eviten y más esfuerzos contenidos en el plano se consigan (efecto membrana) más eficiente será la estructura y, por lo tanto, menos material será necesario y más fina podrá ser la lámina.
Por eso se le conoce como estructura laminar: porque es fina como resultado de un proceso numérico de optimización donde mediante algoritmos de búsqueda de forma se obtiene la geometría idónea para unas condiciones de contorno y solicitaciones determinadas.
Las estructuras laminares en busca de la eficiencia
Esta búsqueda de la eficiencia la perseguía también Gaudí cuando recurría a los antifuniculares de las cargas.
Frente a acciones verticales la mejor distribución de elementos lineales es el arco parabólico y, de elementos superficiales, el paraboloide.
Con estas dos distribuciones se consigue desarrollar al máximo la compresión.
Ejemplos de eficiendia estructural
Ejemplos de esta eficiencia se pueden encontrar en la naturaleza.
La evolución es equivalente a un sencillo algoritmo de optimización por prueba y error.
Los algoritmos así llamados evolutivos están basados en las teorías de Darwin. Pues bien, un ejemplo de optimización es una cáscara de huevo que, con un espesor mínimo, es capaz de tener la resistencia a compresión suficiente para desarrollar su función.
Éste es el motivo por el que en el mundo anglosajón se llaman shells a las estructuras laminares.
Maestros como Torroja, Candela o Isler, llegaron a dominar la técnica en los cascarones de hormigón armado, trabajando principalmente a compresión e incluso algo de tracción.
Como se ha comentado antes, la tracción es deseable frente a la compresión.
De tal modo que existen también las estructuras laminares que trabajan a tracción pura y éstas son las membranas textiles y las redes de cables, con prácticamente nula resistencia a flexión. Su uso se extendió gracias a los trabajos de Otto y Schlaich.
Estructuras laminares y la regla de las 3 “e”
Las estructuras laminares pueden encuadrarse también en la definición de arte estructural dada por Thomas Telford y replanteada por David Billington, según la cual se deben perseguir las tres “E”:
- Eficiencia
- Economía
- Elegancia
Curiosamente las tres E suelen estar interrelacionadas de tal forma que si se cumple uno de los criterios probablemente se estén también consiguiendo los demás, salvando las peculiaridades del subjetivismo estético.
Eficiencia
El uso de la menor cantidad de material para asegurar la funcionalidad bajo un criterio de seguridad.
Economía
Evitando un coste excesivo en fases de diseño, construcción, servicio… El criterio económico siempre es una solución de compromiso de acuerdo a la vida útil asignada.
Elegancia
Se debe buscar la proporción y la estética.
La primera estructura laminar
Se suele considerar el Planetario Zeiss de Jena, de 1925, como la primera estructura laminar de hormigón ya que es la primera vez que se alcanzó un espesor muy fino respaldándose en la teoría matemática de cascarones.
No obstante, bajo criterio de este autor, al aceptarlo de esa manera se estaría ignorando un destacadísimo ejemplo de arte estructural, olvidado quizá por pertenecer al sector industrial en vez del arquitectónico: las torres de refrigeración.
La primera que un ingeniero diseñó con forma de hiperboloide es de 1918, anterior al Planetario Zeiss.
Los cascarones han derivado también en los grid-shells (cascarones reticulados). Son cascarones, pero hechos a base de un entramado resistente de elementos lineales (retícula triangular o cuadrangular) sobre los que simplemente apoyan paneles de vidrio, plástico o textil (estructura secundaria).
Los popularizaron los diseñadores alemanes e ingleses a finales del siglo XX aunque hay que retrotraerse hasta 1896 si se quiere ser riguroso y se atribuye la primera autoría de este tipo estructural al ruso Shukhov.
No se puede dejar de mencionar las estructuras de hormigón nervadas, como las cúpulas de Nervi, que se quedarían a medio camino entre las estructuras puramente laminares (shells) y los gridshells.
La construcción de los cascarones de hormigón, más famoso exponente de las estructuras laminares, ha caído en popularidad por el coste de la mano de obra y los elaborados encofrados que son necesarios.
No obstante, no se puede descartar un repunte debido a modernas técnicas como la impresión 3D de hormigón, el jet-grouting sobre encofrado textil tensado o inflado, la prefabricación en bloques individuales o el uso de los drones en erección y hormigonado.
Las estructuras textiles tensadas, por el contrario, han existido siempre con un diseño más o menos refinado (una tienda beduina es un ejemplo) y probablemente sigan existiendo en el futuro pues su utilidad es indiscutible en climas cálidos.
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Muy buen articulo.
Gracias por vuestra aportación.