estructuras espaciales conceptos básicos

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ESTRUCTURAS ESPACIALES
CONCEPTOS BÁSICOS
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ESTRUCTURAS ESPACIALES. CONCEPTOS BÁSICOS
1. QUÉ ES UNA ESTRUCTURA ESPACIAL
2. VENTAJAS
3. GEOMETRÍAS
4. APLICACIONES
5. MONTAJE
6. CONEXIÓN CON OTRAS UNIDADES DE OBRA:
APOYOS Y CUBIERTA
7. COMPORTAMIENTO FRENTE A SISMO
VENTAJAS FRENTE A OTRAS ESTRUCTURAS
1. QUÉ ES UNA
ESTRUCTURA ESPACIAL
Es una estructura metálica formada por nudos esféricos y barras de sección tubular
unidos entre sí mediante tornillos de alta resistencia que forman un entramado con
elementos en las tres dimensiones del espacio.
El dimensionamiento de la estructura se realiza mediante un cálculo en el que:
Los nudos se consideran articulaciones puras, necesitando para su esta-
bilización barras en varios sentidos del espacio.
Todas las barras trabajan exclusivamente a tracción y compresión, por lo que no se puede aplicar ninguna carga directamente a las barras; debe aplicarse a los nudos.
Todos los elementos de la estructura son fabricados y pintados en taller realizándose en obra sólo el montaje de los elementos.
Los componentes de la estructura son los nudos esféricos a los que se dota de unos
taladros roscados para poder unir las barras y las propias barras formados por tubo
estructural y unos conos de acero soldados en cada extremo donde se alojan los
tornillos y las tuercas que permiten realizar el apriete del conjunto.
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2. VENTAJAS
Ligereza: la optimización del cálculo y la forma de trabajar de la estructura consiguen un aprovechamiento óptimo de los materiales con un peso propio mínimo, lo
que redunda en un ahorro importante en la partida de pilares y cimentación.
Diseño: el nudo esférico y los modernos medios de diseño y fabricación permiten
fabricar nudos/esferas de gran complejidad para poder realizar geometrías de todo
tipo.
Flexibilidad puntos de apoyo: cualquier nudo de la estructura puede servir de
apoyo para la estructura si se dimensiona convenientemente. Incluso la propia estructura puede deformarse en fase de diseño para buscar puntos de apoyo donde sea
necesario en función de las necesidades de obra.
Prefabricación: la estructura se envía a obra completamente acabada por lo que
los procesos clave de fabricación como son la soldadura de las conos/barras, el mecanizado de los nudos y el tratamiento superficial se realizan bajo condiciones constantes y controladas, lo que garantiza unos estándares de calidad que otras estructuras
fabricadas en obra no alcanzan.
Transporte: a parte de ser más ligera que otras estructuras, la estructura espacial es
apilable y se etiqueta y empaqueta de forma que tanto camiones como contenedores
se llenan por peso, no por volumen, lo que redunda en un costo muy ajustado.
Montaje: el montaje es rápido, limpio y seguro, ya que la mayor parte del trabajo
se intenta realizar en el suelo izándose grandes tramos de estructura a su posición
definitiva una vez pre-montados en el suelo.
Economía: la estructura espacial es especialmente competitiva frente a otros tipos
de estructuras cuando se trata de cubrir grandes luces sin apoyos y en aquellos casos
en los que se dan geometrías muy complejas o con muchos elementos diferentes.
3. GEOMETRÍAS
La existencia de un nudo esférico macizo permite realizar todo tipo de geometrías, ya
que se pueden realizar taladros en el nudo donde se necesite. Entre las geometrías
más habituales se realizan estructuras planas para cubiertas, inclinadas, verticales para
fachadas, en forma de onda, abovedadas, cúpulas, torres, pasarelas peatonales,
estructuras en voladizo, y en general cualquier tipo de geometría con solo dos limitaciones:
La estructura espacial siempre tiene que tener canto: dos planos
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de barras paralelas separadas entre sí en función de los esfuerzos y que puede ser como mínimo 0,5 m. aprox. Pero generalmente más (entre 1/15 y 1/20 de la luz).
Hay que evitar ángulos muy cerrados entre barras que llegan a un nudo para evitar colisión entre éstas en el propio nudo o incluso en las proximidades de éste. Es recomendable evitar ángulos entre barras menores que 30º.
4. APLICACIONES
El campo de utilización de las estructuras espaciales es enorme aunque siempre dentro de lo que son estructuras ligeras.
Las aplicaciones más habituales son recintos deportivos de todo tipo: polideportivos,
piscinas, gradas para estadios de fútbol, gradas para atletismo, tenis, padel, grandes
pabellones multiusos, instalaciones para equitación, etc.
También son muy empleadas en aeropuertos, estaciones de autobuses, ferrocarril,
gasolineras, estaciones de peaje, centros comerciales, recintos feriales, helipuertos,
hangares, y patios y atrios de todo tipo para edificios de oficinas.
Otros campos de aplicación también habituales suelen ser centros religiosos, colegios, hospitales, pasarelas peatonales, marquesinas de todo tipo, museos, salas de
banquetes, parques temáticos, estructuras soportes para navegación aérea, estaciones depuradoras etc.
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5. MONTAJE
El montaje es rápido y muy limpio ya que todo el material va perfectamente acabado, pintado y clasificado. Es fundamental tener espacio libre y plano en el suelo para
poder montar la estructura y acceso para grúas de gran tonelaje para izar los tramos
montados a su posición definitiva. De esta forma conseguimos realizar un montaje
rápido y seguro ya que la mayor parte del trabajo se lleva a cabo en el suelo
Las grúas torre de obra normalmente no sirven. Sólo en casos de poco espacio para
montar o de difícil acceso se utilizan grúas torre o plataforma de andamiaje para montar en altura, pero el precio final de la estructura se incrementa considerablemente,
hasta un 25% o más. Son casos especiales que hay que estudiar en detalle.
6. CONEXIÓN CON
OTRAS UNIDADES DE
OBRA: APOYOS Y CUBIERTA
Al tratarse de una estructura cuyas barras trabajan sólo en el sentido de su eje, el peso
de la cubierta debe transmitirse únicamente a los nudos. Para ello su utiliza un entramado de correas formado por perfiles U normalmente que se apoyan sobre los nudos
y sobre los que se fija la cubierta. Por lo general, la distancia entre correas coincide
con la modulación de capa superior y el material de cubierta (panel, chapa, etc…)
debe tener capacidad para trabajar con ese vano entre correas. Con la propia estructura de correas se suministran y montan los soportes de canalón y perfilaría de borde.
La unión con los pilares se realiza normalmente mediante soldadura del dispositivo
de apoyo que suministramos sobre la cabeza del pilar. Si el pilar es metálico, directamente y si es de hormigón, el cliente deberá dejar embebidas en la cabeza de los
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pilares unas placas metálicas de anclaje. En caso de que el cliente lo prefiera, también
se podría hacer una unión atornillada.
En el estudio se decide en función de las condiciones del cálculo si esos dispositivos
de cálculo tienen que ser fijos, deslizantes, elásticos, etc...
7.COMPORTAMIENTO
FRENTE A SISMO.
VENTAJAS FRENTE A
OTRAS ESTRUCTURAS.
Las estructuras espaciales tienen varias características de las explicadas anteriormente
que, en caso de sismo, mejoran su comportamiento frente a las estructuras convencionales:
Son estructuras ligeras, por lo que las masas afectadas en el sismo son menores y por tanto las reacciones también. Esta masa además se encu-
entra en la parte superior del edificio por lo que la afección de la misma
al resto de la estructura es muy importante. En estructuras con geometrías complejas o grandes vanos, la estructura espacial puede llegar a pesar la mitad del peso de una estructura convencional de acero. Esto se traduce en una reducción sustancial del dimensionamiento de laestructura soporte y de las cimentaciones.
Son estructuras muy hiperestáticas. Las estructuras espaciales tienen un gran numero de elementos barra, distribuyéndose los esfuerzos de for-
ma más homogénea que en una estructura porticada normal. En caso de fallo de un elemento en una estructura porticada se produce el colapso de la misma, en una estructura espacial los esfuerzos se reparten entre los de-
más elementos colindantes, pudiendo evitar de esta forma el colapso de
la estructura.
Tienen un comportamiento de losa. Aunque son estructuras ligeras, son muy rígidas horizontalmente y distribuyen los esfuerzos horizontales de forma homogénea. De esta forma, se pueden modificar las reacciones en los pilares utilizando apoyos deslizantes horizontalmente y conseguir una distribución de reacciones acorde con las necesidades del diseñador. 5
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Por supuesto, siempre dentro de los limites impuestos por la física.
Precisan de un cálculo complejo. Las estructuras espaciales tienen un altísimo número de elementos, por lo que precisan de un cálculo comple
jo por ordenador. Este cálculo permite introducir y analizar todas las hipótesis
antes descritas. De esta forma, para el cálculo sísmico, se pueden realizar
cálculos de masas, estudios de modos de vibración, análisis de las reacciones transmitidas, deformaciones máximas,… y con todo ello buscar la mejor
solución aplicable.
Todas estas ventajas ya han sido probadas en zonas de alta actividad sísmica, como
el sur de Europa, sur de España y norte de África, así como Centroamérica.
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