La International Association for Shell and Spatial Structures les concede el premio Tsuboi por esta propuesta, útil para diseñar estructuras de planta no circular para cubrir construcciones de grandes luces
Investigadores de la URV han desarrollado un método de cálculo para diseñar cubiertas no circulares, utilizadas en la construcción de estadios y otras estructuras de grandes luces. La búsqueda da respuesta al problema de diseñar cubiertas de tipo rueda de bicicleta no circulares, soportadas mediante radios triangulados en planta. Debido al espíritu innovador del artículo y la complejidad del reto matemático que han resuelto, la International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) les ha otorgado el premio Tsuboi. A los autores de la investigación, Rodrigo Martín y Blas Herrera, aun conscientes de la magnitud del proyecto, el reconocimiento les ha cogido por sorpresa: «No esperábamos ganar nada; investigamos y publicamos porque es lo que hacemos en la universidad».
En el diseño y la construcción de espacios multitudinarios, como los estadios deportivos o los recintos feriales, los ingenieros y arquitectos se enfrentan a múltiples retos. En el caso de que sean cubiertos, uno de los más trascendentales es el diseño del techo. La necesidad de crear espacios diáfanos, sin elementos que obstruyan la vista o el paso, obliga a los profesionales a dejar mucha distancia entre soportes estructurales, factor que condiciona todo el proyecto: apariencia estética, materiales, proceso de construcción, etc.
Las cubiertas de tipo rueda son una de las soluciones a las que pueden recurrir. Están formadas por dos anillos, uno exterior y uno interior, unidos por cables en forma de radios, al igual que una rueda de bicicleta. Cuando estos radios se tensan, estiran el anillo exterior hacia el centro y el anillo interior hacia el exterior, aguantando toda la estructura. Es por ello que también se denominan anillo de compresión y de tracción, respectivamente. Estas cubiertas son estructuras ligeras, que requieren de muy poco material si las comparamos con otros diseños más convencionales.
A pesar de ello, también tienen inconvenientes. Montarlas requiere un proceso complejo y delicado, ya que la estructura no es estable hasta que no se tensa por completo y se recubre. También son estructuras muy difíciles de diseñar porque su forma es definida por la distribución de fuerzas de tensión de los radios, que puede ser muy intricada en estructuras no circulares, como en la mayoría de casos. Con el objetivo de abordar estas debilidades, los investigadores de la URV se propusieron diseñar una nueva variante de este tipo de cubierta no circular incorporando una triangulación de los radios en planta.
Los radios triangulados en planta, es decir, distribuidos en forma triangular vistos desde arriba, ofrecen una mayor estabilidad durante el montaje, pero implican un reto matemático muy complejo: la forma de la cubierta depende directamente de la tensión de cada radio, y esta hay que determinarla con mucha precisión. Como ninguno de los procedimientos conocidos para resolver sistemas similares era válido en este caso, los investigadores tuvieron que programar uno. Se trata de un método matemático iterativo: parte de una solución inicial, aproximada, y modifica centenares de variables hasta encontrar la versión perfecta.
Para los investigadores, uno de los retos más complicados fue encontrar el punto de partida del diseño, la solución inicial a partir de la cual comenzar en el proceso. Esta primera aproximación incluye los valores iniciales de las variables que influyen en la forma de la estructura: ángulos, fuerzas, posiciones, etc. «No sabíamos si el método era válido hasta que no encontramos la manera de definir un punto de partida suficientemente bueno como para que el método iterativo encontrara una solución al diseño», recuerda Rodrigo Martín, profesor de estructuras en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura.
Una investigación reconocida internacionalmente
Gracias a esta investigación, las cubiertas no circulares de tipo rueda con radios triangulados pueden ser más fáciles de diseñar: «A partir de ahora, algún ingeniero o arquitecto, utilizando nuestro método de cálculo, puede diseñar más fácilmente una estructura como esta», celebra Blas Herrera, investigador del Departamento de Ingeniería Informática y Matemáticas. Debido al espíritu innovador de la investigación y la complejidad del reto matemático que han resuelto, la International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) les ha concedido el premio Tsuboi, un reconocimiento muy prestigioso, que se otorga al mejor artículo científico del año en el campo de la arquitectura y el diseño estructural publicado en la Journal of the IASS.
Los investigadores confesan, sin embargo, que el reconocimiento les ha cogido por sorpresa: «Se trata de una investigación hecha con muy pocos medios, de manera muy discreta, con la intención de hacer ciencia, que es por lo que estamos aquí; nunca imaginamos que nos darían este premio, fue una sorpresa total». En el mundo de las ingenierías, cuando se encuentra una solución revolucionaria, no se acostumbra a compartir, sino que se guarda con el fin de ganar una ventaja competitiva en un sector determinado. Se trata de uno de los rasgos diferenciales de este artículo, que comparte el carácter de toda la investigación que se lleva a cabo en las universidades: hacer ciencia por la ciencia, con transparencia. «Todo el trabajo matemático, físico, estructural está aquí; quizás por eso nos han dado el premio», dicen.
Referencia: Martín-Sáiz, R., & Herrera, B. (2024). In-Plane Design of Non-Circular Triangulated Tensile Spoke Wheels. Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures, 65(3), 189–205. https://doi.org/10.20898/j.iass.2024.005
