Construyen estructuras de máxima resistencia, con escasos materiales

El desarrollo de estructuras que puedan soportar las mayores presiones empleando una mínima cantidad de materiales es uno de los objetivos primordiales de la industria de la construcción en la actualidad. Ingenieros e investigadores de la Universidad de Stuttgart y Bosch Rexroth, en Alemania, han logrado un importante avance en este sentido, gracias al diseño de una nueva metodología de construcción, con la que han elaborado una delgada y resistente estructura de madera que abarca una gran superficie.

Según los especialistas, el armazón de madera diseñado es mucho más delgado que cualquier otra estructura de su tipo creada hasta hoy. Con un grosor de apenas cuatro centímetros y una superficie de más de 100 metros cuadrados, es la prueba concreta del éxito que podría tener la nueva metodología de construcción. Para soportar las presiones más extremas, el armazón emplea una estructura de adaptación y ha sido manipulado a través de unidades hidráulicas.

Los avances logrados por este grupo de investigación han sido difundidos mediante una nota de prensa de la Universidad de Stuttgart, y también se han desarrollado en un artículo publicado en el medio especializado AlphaGalileo. Además, el Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design (ILEK) y el Institute for System Dynamics (ISYS) de la Universidad de Stuttgart han colaborado con Bosch Rexroth en este trabajo.

El gran avance realizado por estos investigadores se sustenta en el logro de un ahorro drástico de materiales y una mejor reacción a las cargas dinámicas en las estructuras trabajadas, a través de una manipulación activa de las mismas. De esta forma, se optimiza la resistencia de las estructuras empleando una mínima cantidad de materiales.

Estructuras ultraligeras y adaptables

Hasta el momento, las estructuras siempre han sido diseñadas para una tensión máxima exacta, pero este tipo de estrés sólo se produce en casos muy especiales y durante un corto período. Una gran parte de los materiales de construcción utilizados en la actualidad sirven para este cometido, pero sin embargo se emplean con este fin solamente en situaciones muy concretas.

El objetivo de las estructuras ultraligeras desarrolladas en la Universidad de Stuttgart es lograr un gran ahorro de materiales y una reacción más eficiente a las cargas dinámicas, a través de la manipulación activa de las estructuras. En el caso del armazón de madera que se expone en el Vaihingen Campus de la Universidad de Stuttgart, esta manipulación se realiza mediante unidades hidráulicas.

Estas unidades se ubican en los puntos de apoyo del armazón y generan movimientos que compensan de manera específica a la estructura frente a deformaciones y tensiones en los materiales, a causa de efectos externos como viento, nieve y otras cargas. El armazón de madera se apoya en cuatro puntos, tres de los cuales se pueden mover de forma individual a través de cilindros hidráulicos, aportando dinamismo a la estructura.

Al mismo tiempo, distintos sensores registran el estado de carga y tensión en numerosos puntos sobre la estructura. Los movimientos selectivos de los puntos de apoyo permiten contrarrestar las cargas variables, por ejemplo en el caso de la nieve o el viento, y de esta forma logran reducir las deformaciones y tensiones extremas sobre los materiales.

Ahorro, seguridad y menos peso

En comparación con las estructuras convencionales, la nueva metodología logra disminuir considerablemente la cantidad de materiales utilizados. El balanceo de carga se lleva a cabo a través de un sistema de control, que fue desarrollado especialmente para las unidades hidráulicas.

El propósito central del sistema de control es poner en práctica las complejas tareas de control hidráulico de la estructura, que se concreta en distintas capas. De esta forma, la estructura de soporte puede reaccionar a un cambio en el estado de carga o tensión en cuestión de milisegundos, incrementando así sus condiciones de seguridad.

Este enfoque dinámico de adaptación a los cambios de carga y tensión se puede aplicar en múltiples áreas de la construcción, como por ejemplo en los techos de los estadios y centros deportivos, en los edificios de gran altura o en las construcciones de puentes, entre otros sectores.

Los resultados del proyecto de investigación permiten arribar a un nuevo método de construcción, que no sólo ahorra recursos sino que también aumenta considerablemente el rendimiento de las estructuras de soporte. Por otro lado, el nuevo enfoque permite una reducción drástica en peso, pero además disminuye la fatiga del material y los daños a la estructura, que pueden causarse debido a los efectos de distintos eventos climáticos y otras cargas aplicadas.