- Malla espacial
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Una malla espacial, (space frame) o armadura de tres dimensiones), es una estructura preferentemente elaborada a base de la unión de barras y esferas, y cuya distribución de esfuerzos se realiza en los tres ejes del espacio. También reciben otro tipo de denominaciones como, estructuras tridimensionales, estructuras espaciales, estructuras articuladas o estructuras estéreas.
Tradicionalmente, las estructuras convencionales (pórticos, cerchas o celosías planas) se han estudiado trabajando en un sólo plano, no siendo así en las mallas espaciales, que se calculan teniendo en cuenta las tres dimensiones del espacio.
Las barras de las mallas espaciales funcionan trabajando a tracción o a compresión, pero no a flexión. De esta manera las mallas espaciales cumplen lo siguiente:
- Las fuerzas exteriores sólo se aplican en los nudos.
- Los elementos se configuran en el espacio de tal modo que la rigidez de cada unión se puede considerar despreciable, es decir, cada unión se considera una articulación a efectos de cálculo.
Si se aplica una fuerza sobre el nudo superior marcado en azul y la barra roja no existe, el comportamiento de la estructura depende totalmente de la rigidez de la unión de las barras del nudo azul. Sin embargo, existiendo la barra roja, la rigidez de la unión del nudo azul deja de tener importancia respecto de la rigidez que aporta la barra roja al conjunto, pudiendo considerarse la rigidez de la unión del nudo azul despreciable si ésta es muy poco rígida a flexión.
Barras de malla espacial confluyendo en nudo. Como puede verse, no se trata de una articulación, sino de una unión atornillada con muy poca rigidez a flexión y que se considera articulación a efectos de cálculo.
Semioctaedro en malla espacial con nudo NuclosContenido
Breves notas históricas
Este tipo de estructuras fue desarrollado de forma independiente por Alexander Graham Bell hacia 1900 y Buckminster Fuller hacia 1950. El principal objetivo de Bell era desarrollar estructuras muy rígidas para los sectores naval y el ámbito de la entonces todavía naciente ingeniería aeronáutica. Buckminster Fuller, sin embargo, lo aplicó al mundo arquitectónico donde la aplicación de este tipo de estructuras es mucho más relevante.
El verdadero avance de las mallas espaciales se consiguió a partir del desarrollo computacional, que permite la realización del cálculo de miles de elementos, operaciones que previamente a la existencia de los ordenadores no se podían acometer.
Por este motivo, las estructuras más notables en este tipo de solución se han conseguido a partir de 1980 y la dificultad de los proyectos construidos ha ido aumentando a lo largo de los años.
Método de cálculo
Se calculan por el Método matricial de la rigidez. La característica de la matriz de rigidez de las mallas espaciales es que, dado que se consideran estructuras articuladas, se obvian las incógnitas angulares ya que la rigidez de flexión en cualquier dirección es despreciable, es decir, nula y las cargas de cálculo se aplican sobre los nudos, nunca sobre las barras.
El primer software de cálculo de mallas espaciales que se programó en España fue realizado en el Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Guipúzcoa (CEIT) y fue adquirido posteriormente por empresas especialistas del sector.[cita requerida]
Evolución de las mallas espaciales en España
A continuación, se presentan diversos ejemplos de proyectos acometidos a lo largo de los años y se pasa a explicar dónde se puede apreciar el avance.
Este primer esquema muestra una malla espacial plana, de canto constante y realizada por la composición de módulos semioctaédricos (pirámides de base cuadrada). La configuración de malla en módulos semioctaédrico es lo más común, aunque existen otras composiciones, como las mallas tetraédricas y cuya configuración puede verse en la siguiente imagen.
En un comienzo, las mallas espaciales eran planas y de canto constante. Se intentaba que el módulo fuera cuadrado y el canto solía tener una medida del módulo entre la raíz cuadrada de 2. Con esto se conseguía que todas las barras de la estructura tuviesen la misma medida teórica de eje de esfera a eje de esfera. La fabricación resultaba bastante estándar. Muchas veces, no se podía realizar una malla con módulo cuadrado, por lo que el siguiente paso era plantear un módulo rectangular, adaptando la medida del canto para que la medida de las diagonales fuera equivalente a uno de los módulos de trabajo.
Posteriormente, se comenzaron a realizar cubiertas abovedadas que introducían medidas diferentes para el cordón inferior y superior de los módulos, hasta llegar a realizar cúpulas, estructuras con canto variable, formas libres, etc.
Un ejemplo de estructura compleja es el del Cine Imax de Madrid.[cita requerida]
La complejidad de las mallas espaciales radica en la gran cantidad de elementos que se utilizan, por lo que se debe contar con un software de cálculo potente y con una logística de fabricación y de montaje muy bien preparada. Como anteriormente se ha comentado, al principio se intentaban diseñar configuraciones muy homogéneas que permitían tener elementos iguales entre sí. Sin embargo, cualquier mínima alteración geométrica, provoca que la cantidad de elementos diferentes entre sí se multipliquen. Este aspecto no supone un problema con las actuales técnicas de fabricación y es por ello que cada vez se acometen proyectos más grandes y complejos.
Campo de aplicación
Las mallas espaciales pueden ser utilizadas en diferentes aplicaciones, aunque la principal es la de estructura de cubierta. Desde el punto de vista técnico-económico y dependiendo de la fluctuación de los precios de las materias primas, las mallas espaciales son competitivas a partir de los 25 metros de Luz (ingeniería). Cuanto mayores son las cargas que debe soportar una estructura y mayor es la luz que se ha de salvar, la malla espacial es más competitiva frente a otras soluciones. Por este motivo el uso de las mallas espaciales ha sido muy común en espacios donde no se pueden colocar pilares, como polideportivos, grandes recintos feriales, grandes naves industriales, cubrición de plazas de toros, hangares, etc.
También se han empezado a utilizar para construir helipuertos elevados, ya que se trata de estructuras muy rígidas y muy ligeras y reparten la carga de los helicópteros de forma homogénea sobre los pilares.
Montaje y elevación
La gran mayoría de las mallas espaciales se ensamblan en el suelo, uniendo las barras con las esferas de acuerdo a los planos de montaje que se realizan para cada proyecto. Existen diferentes tipos de unión, en su mayoría formadas por esferas de acero macizas mecanizadas con los taladros correspondientes a métricas de tornillo diferentes.
Por lo general, las esferas son diferentes entre sí, ya que los ángulos de las roscas y sus métricas definen la posición que ocupa el nudo en la estructura. Por este motivo, las esferas van marcadas con números identificativos que permiten su correcta colocación. Por otro lado, ocurre lo mismo con las barras, que están fabricadas con tubos de diferente diámetro y espesor y las cuales también llevan un número identificativo.
En cuanto al proceso de elevación, existen diferentes soluciones, de las cuales la más común es el izado con grúas. También existe la posibilidad de realizar elevaciones mediante gatos hidráulicos colocados sobre pilares, los cuales van tirando de la estructura mediante cables, aunque este tipo de izado se reserva para estructuras de luces mayores de 100m. En este caso, la estructura se ha de montar sobre el suelo en situación de verticalidad respecto a la posición final.
Cuando la estructura se iza mediante grúas lo más habitual es dividir el conjunto estructural en zonas que puedan ser izadas por las grúas disponibles en la zona. Debido a la posibilidad de giro de las grúas, estas subdivisiones no tienen porqué ser montadas en posición de verticalidad respecto a la posición final. De hecho, lo más habitual es montar las estructura fuera del recinto que se está construyendo. En todo caso es obligado realizar comprobaciones de cálculo de la fase de izado, ya que la zona subdividida tiene un comportamiento diferente en esta fase respecto de la que va a tener en la posición final. De hecho, hay que tener en cuenta los puntos de tiro de los cables de la grúa, así como el ángulo de ataque que dichos cables van a tener respecto de la malla.
Una vez izadas las zonas subdivididas, se procede al "cosido" de la malla, es decir, se procede a colocar las barras que empalman unas zonas con otras.
Cualidades a tener en cuenta
- Fácil transporte: Las mallas espaciales se llevan a obra totalmente desmontadas y los elementos entran en camiones y contenedores normales. Además, este tipo de estructuras es notablemente más ligero que cualquier otro tipo de estructura. Esto supone un ahorro de transporte y la posibilidad de llevar todos los elementos de la estructura a pie de obra sin ningún problema. Por este motivo las mallas espaciales son idóneas para su exportación.
- Acabado de pintura en poliéster polimerizado al horno: Se trata de estructuras que se pintan en líneas automatizadas.
- Eliminación de las soldaduras en obra: solamente se sueldan los apoyos que van a los pilares. En el caso de pilares de hormigón se prevé una placa anclada a cada pilar de hormigón; cuando son de acero, se coloca una placa soldada a cada pilar.
- La estructura queda arriostrada en las dos direcciones principales, lo que le aporta gran rigidez. Esto supone una gran ventaja si se prevé suspender puentes grúa de la estructura.
Referencias
Enlaces externos
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