Las estructuras laminares son la demostración de que las estructuras en hormigón pueden ser eficientes y elegantes al mismo tiempo.
A lo largo de la historia, el diseño estructural está constantemente persiguiendo la máxima eficiencia de los materiales utilizados en la construcción. A lo largo de este camino, han surgido grandes descubrimientos como el hormigón armado, las celosías, y por supuesto, las estructuras laminares. Este tipo de diseño estructural ha logrado explotar las geometrías curvas, bajo los principios de resistencia geométrica encontrados en la naturaleza (como una cáscara de huevo) para crear estructuras ligeras y elegantes muy usadas en la arquitectura contemporánea.
En este artículo, exploraremos las características únicas de las estructuras laminares, su diferencia con respecto a otras estructuras, y los desafíos y consideraciones involucrados en su diseño y construcción.
¿Cómo hemos llegado a las estructuras laminares?
La historia del diseño estructural se remonta a las antiguas culturas, que desarrollaron diversos tipos de estructuras para cubrir sus necesidades de refugio resistente a la intemperie. Desde entonces, el diseño y la construcción de estructuras ha evolucionado mucho y se ha vuelto cada vez más sofisticado y avanzado.
Con el avance de la tecnología y la ciencia, los ingenieros comenzaron a desarrollar teorías más sólidas sobre la mecánica de materiales y las propiedades de los materiales utilizados en la construcción, así como sobre la geometría. Esto permitió una mayor comprensión de la distribución de cargas y cómo calcular la resistencia y rigidez de las estructuras.
La introducción de materiales como el acero y el hormigón en el siglo XIX también tuvo un impacto significativo en el diseño de estructuras. Con estos materiales, los ingenieros pudieron construir estructuras más grandes y resistentes, y también pudieron experimentar con formas más innovadoras.
Finalmente, el desarrollo de materiales compuestos y la aplicación de la teoría de la mecánica de materiales a estructuras compuestas ha llevado a un mayor interés en las estructuras laminares. Estas estructuras ofrecen una combinación única de resistencia y rigidez, lo que las hace ideales para muchas aplicaciones, desde la construcción de puentes hasta la fabricación de aviones.
Fragmento de estructura laminar de hormigón armado proyectada por Félix Candela. Fuente: ArquitecturaViva
¿Qué son las estructuras laminares?
Las estructuras laminares son un tipo de estructura que se caracteriza porque su resistencia mecánica se origina principalmente de su condición geométrica en curvatura y su capacidad de distribuir cargas a lo largo de su superficie. Se diseñan en distintos materiales, como madera, metal laminado, y materiales compuestos como el hormigón armado, ofreciendo una combinación única de resistencia y rigidez, lo que los hace ideales para cubrir grandes luces.
Las estructuras laminares de hormigón se basan en el principio de la resistencia a la flexión y la compresión del material. El hormigón es un material muy resistente a la compresión, pero no es tan resistente a la tracción, por lo tanto, las estructuras laminares se diseñan de tal manera que las cargas se distribuyen principalmente en forma de compresión y no en tracción.
En el caso del hormigón armado se utilizan formas geométricas de doble curvatura, lo que permite que las cargas se distribuyan en varias direcciones, incluyendo la compresión, la tensión y la flexión. Pero, la curvatura de la superficie permite que la estructura sea más eficiente y resistente, al permitir que las cargas se distribuyan de manera más fluida, reduciendo los puntos de tensión y concentración de esfuerzos.
Además, la geometría curva de las superficies de doble curvatura permite que las estructuras sean más ligeras y elegantes, ya que pueden ser diseñadas con espesores más delgados de hormigón y, por lo tanto, requieren menos material para construirse. Esto las hace particularmente útiles en aplicaciones arquitectónicas donde se busca combinar la funcionalidad estructural con la estética.
Diseño de estructuras laminares en hormigón
La forma es determinante en la distribución de las cargas en la capacidad de la estructura para resistirlas. Por lo tanto, el primer paso en el diseño es definir la geometría de la superficie, teniendo en cuenta los requisitos estéticos y funcionales, así como la resistencia del material utilizado, y las cargas que debe soportar.
En el caso del hormigón armado, se procede a la selección del tipo de hormigón y de las armaduras necesarias para darle resistencia a la estructura. El hormigón utilizado debe tener una alta resistencia a la compresión, para soportar las cargas verticales, y también una alta resistencia a la tracción, para resistir las fuerzas horizontales que se generan por la curvatura de la superficie. Las armaduras de acero son necesarias para proporcionar la resistencia a la tracción requerida y garantizar la integridad estructural de la superficie.
El siguiente paso en el diseño estructural es determinar el espesor del hormigón en función de la forma de la superficie y las cargas que debe soportar. En las superficies de doble curvatura, el espesor del hormigón varía a lo largo de la superficie, siendo más grueso en las zonas donde las curvaturas son más pronunciadas. Este diseño permite distribuir las cargas de manera más uniforme y minimizar las tensiones en la superficie.
Finalmente, se debe prestar especial atención a la forma en que se unen las diferentes piezas de la estructura. En el caso de las superficies de hormigón de doble curvatura, las juntas deben ser diseñadas cuidadosamente para evitar puntos de concentración de tensiones y garantizar la estabilidad de la estructura en su conjunto.
Auditorio de Tenerife por Santiago Calatrava. National Geographic
Las estructuras laminares, son la demostración que el estudio de la mecánica de los materiales, en combinación con la geometría, pueden resultar en elementos estéticamente interesantes y altamente eficientes. Si te interesa profundizar en los distintos tipos de diseño estructural, te recomendamos revisar el programa del Máster en cálculo de Estructuras, donde te acompañarán profesionales altamente cualificados y con varios años de experiencia en el sector.
