Estructuras curvas

A diferencia de la construcción de postes y dinteles, cuya capacidad depende de la resistencia de los elementos individuales, las estructuras curvas también pueden depender de su forma. Sin embargo, las estructuras de curvatura simple (es decir, bóvedas simples) muestran menor capacidad que las de doble curvatura (por ejemplo, cúpulas, domos, claustros y sillas de montar). Esto se debe a que una bóveda simple, desde un punto de vista geométrico, corresponde a una superficie desarrollable , que tiene curvatura gaussiana nula , por lo que puede aplanarse hasta convertirse en una superficie plana sin distorsión. Las estructuras de cúpula y de silla de montar tienen, respectivamente, una curvatura gaussiana positiva y negativa, siendo estructuras resistentes a la forma por excelencia. ^{[ 1 ]}

Debido a su naturaleza, las estructuras curvas no pueden mantenerse en pie por sí solas hasta su finalización, especialmente las bóvedas y los arcos. Por lo tanto, la construcción de una estructura de soporte (conocida como cimbra ) es casi siempre necesaria. Se trata de andamios temporales que permanecen en su lugar hasta que se coloca la clave y se estabiliza el arco. ^{[ 13 ]}

Sin embargo, existen algunos casos en los que, mediante un diseño ingenioso y cuidadoso del proceso constructivo, se han erigido estructuras sin cimbra. Un ejemplo ampliamente conocido es la bóveda de la catedral de Florencia , construida por Filippo Brunelleschi en el siglo XV. Brunelleschi logró este desafío construyendo una estructura maciza, mecánicamente similar a una cúpula esférica, pero con grandes nervaduras y aprovechando el aparejo en espiga de la mampostería para apoyar y fijar cada nueva capa sobre la anterior. Cada capa de la estructura parece estar compuesta por numerosos arcos pequeños. La bóveda también es de doble piel , con un espacio hueco intermedio que alberga las escaleras, a través del cual circula el aire para evitar la concentración de humedad. Para resistir las tensiones de tracción paralelas que podrían separar los fusibles de la bóveda, Brunelleschi dispuso cadenas de arenisca a lo largo de un plano paralelo. ^{[ 14 ]}

Otro ejemplo de estructura construida sin encofrado es la Pagoda Global Vipassana , ubicada al norte de Bombay , entre el arroyo Gorai y el mar Arábigo . Se trata de una sala de meditación cubierta por la cúpula de mampostería más grande del mundo, con un diámetro interior a nivel del suelo de aproximadamente 85 m. La ausencia de cimbra fue posible gracias a la doble curvatura de la cúpula y a la forma especial de los bloques de arenisca tallada que la componen. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Las condiciones de contorno que causarían esfuerzos de flexión y cortante en una estructura de dintel y poste, en una estructura curva causan solo esfuerzos axiales en los elementos unitarios. ^{[ 17 ]} De hecho, según el profesor de:Jacques Heyman , en el caso de estructuras curvas de mampostería (se refería especialmente a la arquitectura gótica ), bajo las suposiciones de resistencia a compresión ilimitada, resistencia a tracción y cortante nula y bajo la hipótesis de pequeños desplazamientos, se puede asumir que una estructura es segura y estable mientras el polígono funicular permanezca dentro del tercio medio de la sección transversal. ^{[ 18 ]} Este método se ha utilizado ampliamente en el pasado debido a su simplicidad y efectividad. Sin embargo, todavía es estudiado por algunos investigadores, ^{[ 19 ]} y adaptado al caso tridimensional para doble curvatura. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Las estructuras curvas de mampostería tradicionales suelen ser el resultado del ensamblaje de muchas unidades, las dovelas . La resistencia de un arco, si se ignora la posibilidad de una falla del material, depende del equilibrio de las dovelas. ^{[ 18 ]} En cambio, dada la forma de las bóvedas y cúpulas, la doble curvatura desempeña un papel positivo en términos de estabilidad, así como en la disposición de las unidades individuales (enclavamiento). ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Al estudiar el problema de una membrana hemisférica en un campo gravitatorio , se puede demostrar que la membrana experimenta esfuerzos de compresión en su parte superior, mientras que está sometida a esfuerzos de tracción circunferenciales en la parte inferior (a menos de 52° del eje vertical de simetría). Esto conduce a la formación de grietas meridianas, que tienden a dividir la cúpula en secciones. ^{[ 18 ] [ 22 ]}

La entrada de luz natural suele estar garantizada por aberturas al final de las bóvedas, como ocurre en la Catedral de Gloucester , la Catedral de Chartres o la Sainte-Chapelle (París), y específicamente en las lunetas (donde las bóvedas terminan contra una pared), como en la Iglesia de Santa Maria del Suffragio en L'Aquila (Italia) y en la Iglesia de San Paolo en Albano Laziale (Italia). ^{[ 24 ]}

Otro lugar estructuralmente relevante para una abertura es la parte superior de las cúpulas, donde en muchos casos se puede encontrar un óculo . A veces está desnudo, como en el Panteón romano , mientras que a menudo está cubierto por otro elemento arquitectónico denominado linterna , como sucede, por ejemplo, en la Catedral de Florencia . ^{[ 25 ]}

Algunas estructuras de doble curvatura son conocidas por el eco ^{[ 26 ]} o los fenómenos de reverberación que crean. ^{[ 27 ]} Estos se deben al tamaño de los espacios y a los materiales utilizados para la estructura o el acabado (generalmente duros y con poros pequeños). La forma influye mucho en la prevención o el aumento del efecto. Las bóvedas de cruz o claustro no generan eco. Las cúpulas apuntadas crean fácilmente más reverberación que eco. ^{[ 28 ]} Al mismo tiempo, las superficies esféricas son altamente reflectantes debido a su concavidad. ^{[ 29 ]} De hecho, los hemisferios , paraboloides o superficies similares son eficaces para reflejar y redirigir el sonido, constituyendo a veces una galería de susurros . Ejemplos de galerías de los susurros se pueden encontrar en arquitecturas conocidas como la Catedral de San Pablo en Londres, donde el fenómeno ha sido estudiado por Lord Rauyleigh ^{[ 30 ]} o la Archibasílica de San Juan de Letrán ^{[ 31 ]} en Roma , pero también en cuevas como la Oreja de Dionisio en Siracusa, Sicilia , que ha sido tratada por Wallace Clement Sabine . ^{[ 31 ]}

La variedad existente de cúpulas se debe a la asignación de significados simbólicos relacionados con la historia y las culturas, que abarcan desde la arquitectura funeraria ^{[ 33 ]} hasta la palatina y religiosa, ^{[ 34 ]} pero también a la respuesta a problemas prácticos. ^{[ 35 ]} De hecho, un estudio reciente analizó cómo en la escalera barroca del Palacio Real de Caserta (Italia), diseñada por Luigi Vanvitelli , la doble cúpula podía hacer que los oyentes se sintieran envueltos por la música. De este modo, realzaba la maravilla típicamente investigada por los arquitectos barrocos. ^{[ 32 ]}

Un ejemplo moderno de arquitectura concebida para responder y participar en el sonido fue el Pabellón Philips diseñado por Le Corbusier e Iannis Xenakis para la Expo 58 en Bruselas. ^{[ 11 ] [ 10 ]}