Las estructuras hiperboloides son estructuras arquitectónicas diseñadas utilizando un hiperboloide en una sola hoja. A menudo se trata de estructuras altas, como torres, donde la resistencia estructural de la geometría hiperboloide se utiliza para sostener un objeto a gran altura sobre el suelo. La geometría hiperboloide se utiliza a menudo para lograr un efecto decorativo, así como para lograr una economía estructural. Las primeras estructuras hiperboloides fueron construidas por el ingeniero ruso Vladimir Shukhov (1853-1939), [1] incluida la Torre Shukhov en Polibino, distrito de Dankovsky, óblast de Lipetsk , Rusia.
Las estructuras hiperbólicas tienen una curvatura gaussiana negativa , lo que significa que se curvan hacia adentro en lugar de hacia afuera o ser rectas. Como superficies de doble regla , se pueden hacer con una red de vigas rectas, por lo que son más fáciles de construir que las superficies curvas que no tienen una regla y, en cambio, deben construirse con vigas curvas. [2]
Las estructuras hiperboloides son superiores en estabilidad frente a fuerzas externas en comparación con los edificios "rectos", pero tienen formas que a menudo crean grandes cantidades de volumen inutilizable (baja eficiencia espacial). Por lo tanto, se utilizan más comúnmente en estructuras con un propósito determinado, como torres de agua (para soportar una gran masa), torres de refrigeración y características estéticas. [3]
Una estructura hiperbólica es beneficiosa para las torres de refrigeración . En la parte inferior, el ensanchamiento de la torre proporciona una gran superficie para la instalación de relleno para promover el enfriamiento por evaporación de película fina del agua circulante. A medida que el agua se evapora y sube primero, el efecto de estrechamiento ayuda a acelerar el flujo laminar y, luego, a medida que se ensancha, el contacto entre el aire calentado y el aire atmosférico favorece la mezcla turbulenta . [ cita requerida ]
En la década de 1880, Shújov comenzó a trabajar en el problema del diseño de sistemas de cubiertas que utilizaran un mínimo de materiales, tiempo y mano de obra. Sus cálculos probablemente se derivaron del trabajo del matemático Pafnuty Chebyshev sobre la teoría de las mejores aproximaciones de funciones. Las exploraciones matemáticas de Shújov de estructuras de cubiertas eficientes llevaron a su invención de un nuevo sistema que era innovador tanto estructural como espacialmente. Al aplicar sus habilidades analíticas a las superficies doblemente curvas que Nikolai Lobachevsky llamó "hiperbólicas", Shújov derivó una familia de ecuaciones que llevaron a nuevos sistemas estructurales y constructivos, conocidos como hiperboloides de revolución y paraboloides hiperbólicos .
Los primeros ejemplos públicos del nuevo sistema de Shújov que se presentaron a la luz pública fueron las estructuras de acero de los pabellones de la Exposición Industrial y Artesanal de toda Rusia de 1896 en Nizhni Nóvgorod . Para la exposición de Nizhni Nóvgorod se construyeron dos pabellones de este tipo, uno de planta ovalada y otro circular. Los tejados de estos pabellones eran estructuras de acero de doble curvatura formadas enteramente por una celosía de hierro angular recto y barras de hierro planas. El propio Shújov las llamaba azhurnaia bashnia (torre de encaje, es decir, torre de celosía ). La patente de este sistema, que Shújov solicitó en 1895, le fue otorgada en 1899.
Shukhov también dedicó su atención al desarrollo de un sistema estructural eficiente y de fácil construcción (rejilla) para una torre que soporta una gran carga en la parte superior: el problema de la torre de agua. Su solución se inspiró en la observación de la acción de una cesta tejida que soporta un peso pesado. Nuevamente, tomó la forma de una superficie doblemente curvada construida con una red ligera de barras de hierro rectas y ángulos de hierro. Durante los siguientes 20 años, diseñó y construyó casi 200 de estas torres, ninguna exactamente igual, la mayoría con alturas de entre 12 y 68 metros.
Al menos en 1911, Shukhov comenzó a experimentar con el concepto de formar una torre a partir de secciones apiladas de hiperboloides. El apilamiento de las secciones permitió que la forma de la torre se estrechara más en la parte superior, con una "cintura" menos pronunciada entre los anillos que definen la forma en la parte inferior y superior. Al aumentar el número de secciones, se afilaría aún más la forma general, hasta el punto de que comenzó a parecerse a un cono.
En 1918, Shújov desarrolló este concepto y diseñó una torre de radiodifusión hiperbólica de nueve secciones apiladas en Moscú. Shújov diseñó una torre de 350 m, que habría superado en altura a la Torre Eiffel en 50 m, utilizando menos de una cuarta parte de la cantidad de material. Su diseño, así como el conjunto completo de cálculos de apoyo que analizaban la geometría hiperbólica y el tamaño de la red de miembros, se completó en febrero de 1919. Sin embargo, las 2200 toneladas de acero necesarias para construir la torre de 350 m no estaban disponibles. En julio de 1919, Lenin decretó que la torre debía construirse a una altura de 150 m y que el acero necesario debía obtenerse de los suministros del ejército. La construcción de la torre más pequeña con seis hiperboloides apilados comenzó en unos pocos meses y la Torre Shújov se completó en marzo de 1922.
Antoni Gaudí y Shújov realizaron experimentos con estructuras hiperboloides casi simultáneamente, pero de forma independiente, entre 1880 y 1895. Antoni Gaudí utilizó estructuras en forma de paraboloide hiperbólico (hypar) e hiperboloide de revolución en la Sagrada Familia en 1910. [4] En la Sagrada Familia, hay algunos lugares en la fachada del belén (un diseño que no se equipara con el diseño de superficie reglada de Gaudí) en los que aparece el hiperboloide. Alrededor de la escena con el pelícano hay numerosos ejemplos (incluida la cesta que sostiene una de las figuras). Hay un hiperboloide que añade estabilidad estructural al ciprés (al conectarlo al puente). Las agujas de la "mitra del obispo" están rematadas con hiperboloides. [ cita requerida ]
En el Palau Güell , hay un conjunto de columnas interiores a lo largo de la fachada principal con capiteles hiperbólicos. La corona de la famosa bóveda parabólica es un hiperboloide. La bóveda de uno de los establos de la Iglesia de la Colonia Güell es un hiperboloide. Hay una columna única en el Parque Güell que es un hiperboloide. El famoso ingeniero y arquitecto español Eduardo Torroja diseñó una torre de agua de capa fina en Fedala [5] y la cubierta del Hipódromo de la Zarzuela [6] en forma de hiperboloide de revolución. Le Corbusier y Félix Candela utilizaron estructuras hiperboloides ( hypar ). [ cita requerida ]
El 16 de agosto de 1916, Frederik van Iterson y Gerard Kuypers patentaron en los Países Bajos una torre de enfriamiento hiperboloide. [7] La primera torre de enfriamiento de Van Iterson se construyó y se puso en funcionamiento en la mina estatal holandesa ( DSM ) Emma en 1918. Le seguirían toda una serie de diseños iguales y posteriores. [8]
El Georgia Dome (1992) fue la primera cúpula de Hipar- Tensegridad que se construyó. [9]
regla simple, y más aún si tiene una regla doble.
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