Una banda tesa o banda tensada (Spannband en alemán) es una tipología particular de estructura traccionada, empleada para la construcción de cubiertas de edificación de gran luz y de puentes, especialmente de pasarelaspeatonales. El tipo estructural se asocia hasta tal punto a los puentes y pasarelas que por «banda tesa» cabe entender también la propia estructura de paso. Similar en forma y concepto a un elemento flexible simplemente suspendidoen catenaria, se diferencia en que se somete el elemento resistente a una fuerte tracción, que le otorga rigidez y mejora su comportamiento frente a oscilaciones y vibraciones, punto débil de esta tipología estructural. Cuando es necesaria mayor rigidez aún, como en el caso de los puentes carreteros, se recurre a trasladar compresión desde el elemento traccionado al hormigón, construyéndose una estructura de hormigón pretensado.
Las bandas tesas se pueden subdividir en función del tipo y posición de su elemento portante. Así, la mayoría emplean cables de acero, situados bajo el tablero, embebidos en él o externos lateralmente. Ocasionalmente se han construido bandas poniendo en tensión otros elementos metálicos, como chapas o perfiles laminados.
Es posible la construcción de bandas tesas de más de un vano, mediante el empleo de apoyos simples deslizantes con forma curva sobre los que reposa la banda. Estos apoyos intermedios soportan solo parte de la acción gravitatoria de la estructura, sin esfuerzos laterales relevantes. Por el contrario, los estribos a ambos extremos de la estructura deben soportar la reacción sensiblemente horizontal de los esfuerzos de tracción a los que se somete el elemento portante principal, por lo que la cimentaciónde los estribos, sometida a esfuerzos importantísimos y en una dirección y sentido ajenos al funcionamiento normal del terreno, es la parte más crítica de estas estructuras y debe ser singular.
Diagrama tipo de una banda tesa de varios vanos, basado en la pasarela de Rogue River (Estados Unidos).
Historia del tipo estructural
Aunque el antecedente tipológico de las bandas tesas, los puentes simplemente suspendidos existen desde la más remota antigüedad, construidos con lianas y una plataforma de madera,1 no hace mucho que la idea de la banda tesa fue concebida y su teoría estructural planteada, por el ingeniero alemán Ulrich Finsterwalder, que propuso la tipología para varios proyectos de puentes de gran luz;2 y, en concreto, en un concurso de ideas convocado en 1960 para proyectar un puente sobre el Bósforo en Estambul, que Finsterwalder pretendió resolver, sin ganar el concurso, con una banda tesa de tres vanos de 400 m de luz cada uno.1
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Sin embargo, la primera y rudimentaria técnica constructiva, así como las primeras realizaciones materializadas se deben al uruguayo Leonel Viera,4 que fue capaz de concebir y diseñar el llamado «puente ondulante» de La Barra (Punta del Este, Uruguay) sobre la ría del arroyo Maldonado, construido desde 1963 e inaugurado en 1965.5 Se trata de una banda tesa de tres vanos (30+90+30 m de luz)3 construida en hormigón pretensado que soporta un puente carretero de dos carriles. La banda fue pretensada mediante el rudimentario método de precargarla con arena, con los cables anclados y el tablero hormigonado pero con nodos libres, para hormigonar los nodos con esa carga, que al ser retirada dejó la estructura en tensión. Esta estructura peculiar, con su forma ondulada única, inspiró al poeta Pablo Neruda, hasta el punto de dedicarle un poema.5 1 En 1998 se adjudicó la construcción de un segundo puente gemelo y en paralelo al ya existente. En 1999 se encargó un estudio del estado de la estructura del puente original. Las obras de refacción comenzaron en 2005.6 7
En Europa, la primera obra viaria de este tipo fue un puente sobre la autopista N3, cerca de Pfäfikon (Suiza), también en 1965;2 aunque el año anterior, 1964, se puso en servicio la pasarela de Holderbak, también en Suiza, y de 216 m de luz, no superados hasta la fecha. Sin embargo, esta última estructura no debe considerarse entre los puentes y pasarelas viarios, pues tan solo soportaba una cinta transportadora de carbón.1 De este primer periodo también pueden destacarse:
- Karlstreg (1971), en Friburgo (Suiza), de 30 m de luz y del pionero Finsterwalder.1
- Lignon-Löex (1971), en Vernier (Ginebra, Suiza), de 136 m de luz.1
- Rosenstein (1977), en Stuttgart (Alemania), de 29 m de luz.1
La técnica también se empleó desde esos primeros momentos en Japón, donde se pueden mencionar las pasarelas de la Expo '70 de Osaka (1969), de 28 m de luz, y la de Hayahinomine (1977), de 49 m.1
A partir de los años 1980, ingenieros como los de Dyckerhoff und Widman en Alemania han desarrollado la teoría y técnica:4las grandes bandas descritas en las décadas de 1960 y 70 (Holderbak, La Barra de Maldonado o Lignon-Löex) necesitaron relaciones entre la flecha y la luz mayores, más del doble de las empleadas a partir de 1980, lo que les hacía sufrir unas pendientes en los extremos difícilmente aceptables, aunque también un comportamiento más lineal.1
Por último, han sido Jörg Schlaich,2 y de manera particularísima el checo Jiří Stráský los que han llevado esta tipología a su máxima perfección.4 8 Este último puso a punto procedimientos constructivos más industrializados, que empezó por emplear en un gran número de bandas tesas en Chequia, entre las que cabe destacar la de Troha, cerca de Praga, de 96 m de luz;1 y la de Nimbork, de 102 m.1 Desde entonces ha exportado la tipología al resto del mundo:
- Redding (1990), sobre el río Sacramento en California, de 127 m de luz.1
- Yumetsuri Bashi, en la prefectura de Hiroshima (Japón), de 148 m.1
- Plovdiv, en esa ciudad de Bulgaria, de 150 m.1
En España se pueden mencionar únicamente una pequeña (35 m de luz) estructura peatonal sobre una autovía construida en 1990 en Almazán (Soria) con proyecto de José Antonio Torroja;1 la pasarela de Sant Pere (Manuel Reventós Rovira y Albert Mas Soler, 1997), en Tarrasa (Barcelona), de 80 m de luz; y la pasarela del Doctor D. Pedro Gómez Bosque (Javier Manterola, 2011), en Valladolid, de 86 m de luz y récord del mundo entre las sustentadas por pletinas de acero en vez de con cables.9
Uso en edificación
La primera cubierta de edificación en esta tipología estructural fue proyectada y ejecutada en hormigón pretensado por Eero Saarinen en 1962, para el edificio terminal del Aeropuerto Internacional Washington-Dulles.2 Su techo aparece suspendido formando la curva catenaria de la banda tesa, proporcionando un amplia área cerrada sin ningún apoyo intermedio. Alberga la emisión de billetes, la recepción de equipajes y las instalaciones de información, así como las llegadas internacionales de pasajeros.
Otra aplicación destacable de esta tipología a la edificación es la gran lámina que proyectó Álvaro Siza para cubrir el espacio de acceso al Pabellón de Portugal para la Expo '98 de Lisboa.
bóveda, palabra que procede del Latín volta1 , aunque más apropiadamente de la forma reconstruida volvita2 , es un elemento constructivo superficial, generalmente elaborado en mampostería o fábrica, en el que sus piezas y componentes trabajan a compresión. Las bóvedas poseen una forma geométrica generada por el movimiento de un arco generatriz a lo largo de un eje. Por regla general este elemento constructivo sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados.3 Su problemática constructiva consiste en averiguar el grosor, o resistencia de los muros adyacentes, con el objeto de que puedan soportar el empuje lateral de las bóvedas que soportan. En muchos casos su superficie posee nervios en los que se dirigen y concentran las líneas de empuje. A pesar de su uso extendido en la construcción, su funcionamiento no fue comprendido y explicado por la ciencia hasta bien entrados en el siglo XIX.4
Se suele encontrar en algunas edificaciones como plazas porticadas, claustros, catedrales y también en galerías subterráneas, en las infraestructuras del metro, minería. En la actualidad, con el advenimiento de nuevos materiales como es el hormigón armado, la forma clásica y disposición de las bóvedas con sus elementos trabajando en compresión, ha dejado de realizarse tan habitualmente en construcción, permitiendo la construcción de superficies adinteladas (bóvedas planas).
Características
La forma geométrica de la bóveda se genera mediante traslación en el espacio de arcos iguales, adecuadamente trabados, para obtener finalmente un elemento constructivo "superficial". Es decir que el arco es la generatriz de la bóveda. Las bóvedas son estructuras apropiadas para cubrir espacios arquitectónicos amplios mediante el empleo de piezas pequeñas.5 Su geometría puede ser de simple o doble curvatura, un ejemplo de geometría simple se encuentra entre las bóvedas de cañón, y en las de curvatura más compleja las de arista (cruce de dos bóvedas de cañón). En muchos casos la bóveda posee una planta entre cuadrada o rectangular.
Suele construirse con soportes en su interior en forma de arcos formeros y que se cubren con plementería. En edificaciones modernas el término bóveda se ha extendido, y por herencia del concepto de bóveda de fábrica, se aplica a estructuras construidas con cubiertas curvadas, en las que el espesor es muy pequeño comparado con el ancho y el largo, también denominadas cáscaras o cascarones.6 Mientras en las bóvedas de fábrica las piezas trabajan a compresión, en estas modernas estructuras el trabajo es fundamentalmente en flexión.
Fábrica
Las bóvedas tradicionales se han construido con materiales de fábrica.7 8 Los materiales empleados tradicionalmente en su construcción ha sido la piedra, el ladrillo. Todos ellos son materiales que forman los elementos constructivos de una bóveda clásica, siendo muy adecuados a 'trabajar' en compresión. Estos materiales son adecuados igualmente para construir arcos. En el caso de las bóvedas de piedra, era necesario el conocimiento de los canteros en estereotomía, con el objeto de poder tallar las piedras de los lienzos de plementería, así como los diversos elementos de los nervios. En la actualidad se emplea igualmente como material constructivo de bóvedas el acero, y el hormigón armado, etcétera. Las dovelas pueden ir aparejadas "a hueso", esto es, sin trabazón, aunque lo habitual es que se unan con un material aglomerante o mortero.
Teoría de las bóvedas
Tanto en las antiguas bóvedas como en las modernas la solicitación predominante en sus elementos es de compresión. Sus tensiones se asemejan a las de un arco, o un conjunto de arcos conformando una superficie. Las fuerzas de una bóveda se van transformando en un empuje horizontal que debe ser contrarrestado con el objeto de mantener la estructura en equilibrio. El elemento estructural suele ser un contrafuerte, o estribo. En algunas ocasiones se confía en más de un elemento de contrarresto. El problema a resolver cuando se emplean bóvedas es dimensionar correctamente los muros de contención de los permanentes empujes horizontales. Empujes que surgen desde la línea de unión entre la bóveda y el muro. Ésta es la razón por la que el diseño en planta de los edificios con grandes bóvedas era necesario considerar el contrarresto, por una o varias formas, de este empuje.
| Empuje resultante en un bóveda (flechas en rojo). Contrarrestar este empuje horizontal es el objeto de la ingeniería estructural. | |||||||||
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En algunas ocasiones se emplea, por seguridad, el diseño de más de un sistema de contención. Cuando se descimbra la bóveda el empuje tiende a sacar afuera el arranque de la bóveda. Los arquitectos romanos empleaban gruesos muros de contención. En la teoría de bóvedas se muestra que un simple muro es insuficiente para soportar el empuje de las bóvedas. En la arquitectura gótica se emplearon arbotantes y botareles. Los soportes de las bóvedas contra los muros no deben ser muy robustos, el empuje lateral disminuye la carga de las bóvedas.3
Construcción
Desde sus inicios se ha practicado en su construcción el empleo de estructuras auxiliares de carácter provisional cuya función era la de soporte de las piezas que forma la superficie de la bóveda. Estas estructuras, denominadas cimbras, encarecían la construcción de bóvedas.9 Eran generalmente de madera y requerían de la participación de carpinteros altamente especializados. A veces la cimbra era de gran tamaño, al menos, tan grande como lo era la bóveda. Debido a este inconveniente, desde los inicios de la construcción de bóvedas, se ha intentado mejorar las técnicas constructivas con el objeto de evitar el uso de cimbras (en lo que se denomina construcción 'al aire'), o reduciendo su uso lo más posible. El coste de la cimbra puede alcanzar al coste del arco. La mayoría de las bóvedas clásicas se han elaborado con cimbras.10 Este uso se extendió hasta el románico, en el que se cubren las naves con bóvedas de crucería entre fuertes arcos fajones y con nervios de sección prismática.
Los romanos empleaban cimbras solo en los arcos torales. En este esfuerzo por minimizar los costes de las cimbras nacen las bóvedas tabicadas que emplean pocas muy pocas estructuras cimbradas (o cerchas) en su construcción.11 Los elementos sobre los que se soporta y asienta la bóveda, a modo de ménsula, se denomina pechina.12
Historia
En la historia de la arquitectura las bóvedas de fábrica, es decir elaboradas con ladrillo o piedra, tuvieron un papel preeminente en la edificación que han ido perdiendo protagonismo con la generalización de las técnicas y materiales de construcción modernos: primero el empleo del acero y posteriormente el hormigón armado.13Posibilitando edificaciones adinteladas de grandes luces que soportan el trabajo en flexión, donde antes solo era posible construir superficies abovedadas que trabajen a compresión. No obstante, las bóvedas de hormigón armado son utilizadas profusamente en ingeniería civil para construir galerías, túneles, cubiertas de grandes luces y, en general, todas aquellas obras donde los elementos trabajan a flexión resultan desventajosas desde un punto de vista técnico y económico.[cita requerida]
La arquitectura romana empleaba cimbras que soportaban solo los arcos torales de labrillo entre las losetas. El resto de la bóveda se hacía de hormigón sin prensar. En la arquitectura gótica se redujo considerablemente el empleo de cimbras, debido a que solo se elaboraba para los nervios.14 La arquitectura romana fue evolucionando desde las bóvedas de cañón a las bóvedas de arista (intersección de dos cañones).
| Construcción clásica de bóvedas | |||||||||
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El empleo de bóvedas en algunas aquitecturas como la bizantina da lugar a disposiciones en planta como la denominada cruz griega.12 Al igual que los arcos, las bóvedas, no fueron comprendidos científicamente hasta mediados del siglo XIX.4 Algunos autores investigaron los mecanismos de colapso de bóvedas, siendo Wittmann en 1879 uno de los primeros en comprender el mecanismo en las bóvedas de crucería,15 Ya en pleno siglo XX uno de los estudios más mencionados es Heyman (1966).16 El arquitecto catalán Antoni Gaudí diseñaba las bóvedas con modelos realizados a escala.
Ya en pleno siglo XX la evolución construciva de las bóvedas da luz a nuevos conceptos, como las denominadas bóvedas de cáscara.6 Uno de ellos se debe al arquitecto español Félix Candela que se hace famoso por la construcción de bóvedas en forma de paraboloide hiperbólico. En las primeras décadas el ingeniero uruguayo Eladio Dieste diseña un método que él mismo denomina cerámica armada que consiste en construcciones abovedadas realizadas con ladrillo, armadura de acero y un empleo mínimo de hormigón.
Tipos de bóvedas
Véase también: Anexo:Tipos de bóvedas
Dependiendo de la forma del intradós de la bóveda existen diversas disposiciones o tipologías. Dependiendo de la generatriz del arco, por ejemplo las bóvedas de cañónse generan empleando como generatriz un arco de medio punto con forma cilíndrica. Si el arco empleado como generatriz es rebajado (es decir con un arco elíptico o similar) se denomina bóveda rebajada que llega hasta la bóveda plana. Si se emplea un arco apuntado similarmente se denomina bóveda apuntada. Un tipo de bóveda especial es la cúpula que se forma mediante rotación de un arco sobre un eje, formando una semiesfera.16 Existen algunos autores preocupados en la claxificación taxonómica de las bóvedas, en muchos tratados desde finales del siglo XIX se hacen frecuentes menciones al tema.8
Elementos de la bóveda
Las bóvedas se componen de diversas partes, cuya denominación tradicionalmente es:
- Apoyos: son las partes de los muros o pilares sobre los que descansa la bóveda.
- Puntos de arranque: son los de los arcos que componen la bóveda.
- Dovelas: son las piezas elementales que componen la bóveda.
- Clave: es la dovela central que cierra la bóveda.
- Salmeres: son las dovelas en las líneas de arranque de la bóveda.
- Nervios: son los arcos de dovelas independientes de los témpanos en las aristas.
- Luneto: es la abertura practicada en la bóveda de otra bóveda que penetra en ella.
Dimensiones
En el diseño y construcción de bóvedas se refiere a menudo a las dimensiones características de las mismas, que tradicionalmente se han venido denominando como:
- Luz: como la distancia libre entre los apoyos o arranques de la bóveda.
- Flecha: es la altura desde el arranque a la clave.
- Espesor: es la distancia entre el trasdós (exterior) y el intradós (interior) de la bóveda.
Usos
En el empleo de bóvedas sobre un edificio clásico apenas suponen entre un diez a un quince por ciento del material constructivo empleado; el resto, se destina a edificiación de muros y, sobre todo, a estribos que soporten el empuje de las bóvedas.7 La bóveda es poco apropiada para soportar cargas por encima de ella, es por esta razón por la que se emplea fundamentalmente en la cubricción de superficies. En el intradós de las bóvedas, debido a su gran superficie, suele realizarse obras de pintura, frescos, etc. La típica disposición en planta rectangular, convierte a las bóvedas en lugares adecuados para colocar pasillos y estructuras de crujía como son las naves (como pueden ser las naves industriales). Es muy empleada en las construcciones subterráneas de todo tipo, como elemento para cubrir las galerías subterráneas.
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