¿Alguna vez has entrado en un estadio, un centro de exposiciones o un aeropuerto y te has preguntado cómo se las arreglan para crear espacios tan amplios y abiertos sin columnas internas? ¿Cómo pueden dar cabida a miles de personas manteniendo la flexibilidad? ¿Qué hace que estos espacios sean tan funcionales y a la vez visualmente impactantes? Las estructuras de gran envergadura lo hacen posible, pero ¿cómo funcionan y cuáles son los beneficios y desafíos reales? Profundicemos y exploremos cómo estas maravillas de la ingeniería dan forma a los espacios con los que interactuamos todos los días.

¿Qué son las estructuras de gran longitud?

Las estructuras de gran longitud son edificios o estructuras con un espacio ininterrumpido de más de 30 metros (100 pies). No tienen columnas ni soportes internos, lo que crea un área amplia y abierta. Estas estructuras se utilizan a menudo donde se necesitan espacios grandes sin columnas, como en aeropuertos, estadios deportivos, salas de exposiciones o hangares de aviones.

Pros y contras de las estructuras de gran longitud

Ventajas de las estructuras de gran longitud

• La ausencia de columnas internas crea espacios amplios y abiertos, lo que hace que el área sea flexible para diversos usos, como eventos deportivos, exposiciones o almacenes.
• Materiales como el acero y el hormigón son fuertes y duraderos, lo que significa que el edificio dura más y necesita menos mantenimiento.
• Las líneas de visión claras en estadios, auditorios y espacios para eventos brindan mejores vistas para grandes audiencias.
• El diseño amplio y abierto hace que estos edificios se destaquen y a menudo los convierte en puntos de referencia.
• Menos apoyos permiten adaptar fácilmente el espacio a nuevos usos, como por ejemplo convertir un recinto deportivo en una sala de conciertos.

Desventajas de las estructuras de gran longitud

• Los materiales especiales y los diseños complejos pueden aumentar el costo de la construcción.
• La construcción de grandes luces requiere ingeniería avanzada, lo que puede extender el tiempo de diseño y construcción.
• Los techos grandes y los diseños livianos pueden ser más vulnerables al clima extremo, lo que requiere protección adicional contra vientos fuertes o terremotos.
• El acero y otros materiales necesitan inspección y cuidado regulares para evitar problemas como óxido o desgaste.
• Sólo unos pocos materiales, como el acero y el hormigón armado, pueden soportar grandes luces, lo que limita las opciones de materiales.

Aplicaciones de estructuras de grandes luces

Las estructuras de gran longitud se utilizan en distintos tipos de edificios y sus aplicaciones son diversas. Algunos usos comunes incluyen:

• Estadios deportivos:Esto requiere espacios amplios y abiertos para los espectadores, sin columnas que obstruyan la vista.
• Salas de exposiciones:En los espacios de exposición, la flexibilidad y las grandes superficies son clave para exhibir artículos de gran tamaño o dar cabida a grandes multitudes.
• Aeropuertos y hangaresLos hangares de aeronaves, en particular, necesitan grandes espacios para albergar aviones, lo que hace que las estructuras de gran longitud sean ideales.
• Edificios industriales:Algunas fábricas o almacenes utilizan diseños de gran tamaño para permitir el uso de maquinaria de gran tamaño o necesidades de almacenamiento a granel sin interferir con el flujo de trabajo.

5 ejemplos icónicos de estructuras de gran longitud en todo el mundo

A continuación se presentan cinco estructuras emblemáticas de gran longitud que han establecido nuevos estándares en arquitectura e ingeniería:

1. Ópera de Sídney, Sídney 

El Casa de la Ópera de Sídney Es un excelente ejemplo de arquitectura de grandes luces, famoso por su diseño de techo único. El techo cuenta con segmentos de hormigón prefabricado, cada uno de los cuales se extiende más de 15 metros. Estos segmentos de hormigón armado fueron una innovación revolucionaria cuando se construyeron (1957-1973), lo que permitió que la estructura tuviera un interior grande y abierto sin la necesidad de columnas de soporte.

Los amplios vanos del techo permitieron crear amplios espacios para espectáculos, ofreciendo vistas despejadas y una excelente acústica. La Ópera de Sídney sigue siendo una obra maestra de la ingeniería de grandes vanos, que demuestra cómo las estructuras de concha pueden crear espacios amplios sin columnas con un atractivo visual impresionante.

2. Estadio Nacional de Pekín (Nido de Pájaro), Pekín 

El Estadio Nacional de PekínEl estadio, también conocido como “Nido de pájaro”, es un ejemplo moderno de un diseño de acero de gran envergadura. Construido para los Juegos Olímpicos de verano de 2008, cuenta con una estructura de acero que se extiende a lo largo de más de 80 metros en su punto más ancho, sin soportes internos que bloqueen el área de asientos. Las vigas de acero entrelazadas crean un “nido” que sostiene el techo, cubriendo un espacio de más de 330 metros sin depender de muros de carga ni columnas.

Este diseño de gran envergadura permite que grandes multitudes se reúnan en un único espacio ininterrumpido, una característica fundamental para los estadios. El Nido de Pájaro demuestra cómo la construcción moderna de acero puede crear estructuras audaces y expansivas que son a la vez funcionales y visualmente impactantes.

3. El O2 Arena, Londres 

El Estadio O2 es conocido por su icónico tejado de gran envergadura, que se extiende a lo largo de 100 metros. El tejado está hecho de acero y tejido de membrana tensado, sostenido por una serie de mástiles y cables. Este diseño permite que la estructura sea ligera y eficiente, a la vez que cubre una amplia superficie sin columnas internas, maximizando el espacio utilizable en el interior.

El diseño del techo del O2 Arena es clave para su función como recinto multiusos, ya que ofrece vistas despejadas para conciertos, eventos deportivos y otras grandes reuniones. Muestra cómo el acero y la tela tensada pueden trabajar juntos para crear una estructura flexible y visualmente impactante de gran longitud.

4. Estadio Heinz, Pittsburgh 

Campo Heinz de Pittsburgh es un ejemplo notable de ingeniería de cerchas de acero de gran luz en estadios deportivos. El estadio cuenta con un sistema de cubierta en voladizo soportado por cerchas de aceroque abarca aproximadamente 50 metros a través de las zonas de asientos. Este diseño elimina la necesidad de columnas internas, ofreciendo a los aficionados una vista sin obstáculos del campo.

Las cerchas de acero utilizadas en el techo del Heinz Field son una solución habitual para estadios de gran envergadura, ya que proporcionan resistencia, eficiencia y capacidad para soportar cargas pesadas como el viento y la nieve. El diseño equilibra la integridad estructural con la funcionalidad, lo que lo hace ideal para grandes recintos públicos.

5. Aeropuerto Internacional de Dallas/Fort Worth (DFW), Dallas, Texas 

Aeropuerto Internacional de Dallas/Fort Worth es un gran ejemplo de diseño de techos de gran envergadura en infraestructura de transporte. Los techos del aeropuerto se extienden hasta 60 metros a lo largo de varias terminales, creando áreas amplias y abiertas que mejoran el flujo de pasajeros y la experiencia general. Los techos combinan soportes de acero (cerchas y vigas) con losas de hormigón, creando espacios de terminal amplios y sin columnas.

Este diseño no solo aumenta la eficiencia, sino que también mejora el atractivo estético del aeropuerto, ofreciendo líneas de visión claras y una sensación de apertura en un entorno concurrido y de gran escala. El aeropuerto DFW muestra cómo las estructuras de gran envergadura pueden optimizar la funcionalidad y la experiencia del usuario en instalaciones públicas complejas.

Tipos estructurales de estructuras de gran longitud

Al diseñar estructuras de gran longitud, es fundamental elegir sistemas que puedan soportar grandes distancias y, al mismo tiempo, ser resistentes, estables y eficientes. Estas estructuras suelen dividirse en dos categorías: estructuras de flexión y estructuras funicularesCada uno tiene sus puntos fuertes y es adecuado para distintos tipos de proyectos.

1. Estructuras de flexión

Las estructuras de flexión soportan fuerzas de tracción (tensión) y de empuje (compresión). Suelen emplearse en grandes edificios y puentes donde la estructura debe soportar cargas pesadas a lo largo de largas distancias.

• Cerchas: Estructura de flexión común formada por unidades triangulares. Son ideales para grandes luces y se ven a menudo en techos y puentes. Las cerchas de acero pueden tener una longitud de hasta 190 metros (623 pies), lo que las hace ideales para estadios o grandes salas de exposiciones.
• Vigas de placa:Se trata de vigas de gran altura fabricadas mediante la soldadura de placas de acero. Pueden tener una longitud de hasta 60 metros (200 pies) y se utilizan en puentes o techos de gran tamaño. Sin embargo, no son tan eficientes en cuanto a material como las cerchas.
• Cuadrículas bidireccionales: Distribuyen las cargas en ambas direcciones sobre una superficie, formando una cuadrícula. Son ideales para cubrir áreas grandes, como aeropuertos o salas de exposiciones, y pueden extenderse hasta 91 metros (300 pies).
• Armazones espaciales:Se trata de cerchas tridimensionales que soportan luces muy grandes (hasta 190 metros/623 pies). Se suelen utilizar en tejados de gran tamaño o puentes de grandes luces.

2. Estructuras funiculares

Las estructuras funiculares solo manejan fuerzas de tensión (tracción) o de compresión (empuje), lo que las hace eficientes para tramos muy grandes con un mínimo de material.

• Arcos parabólicos:Estos arcos distribuyen las fuerzas de compresión de manera uniforme, lo que los hace ideales para puentes y techos de gran longitud. A menudo se combinan con acero u hormigón para lograr mayor resistencia.
• Estructuras de cúpula:Las cúpulas son estructuras basadas en la compresión, eficientes para crear grandes espacios abiertos. Las cúpulas de acero más grandes pueden tener una extensión de más de 200 metros (669 pies) y se utilizan a menudo en estadios y edificios públicos.
• Sistemas de cables de tensión:Se trata de cables de acero tensados a lo largo de un tramo. Son ligeros y pueden soportar grandes distancias (hasta 72 metros/236 pies). Los sistemas de cables tensados son comunes en estadios deportivos y salas de exposiciones.
• Techos con ruedas de bicicleta:Un diseño basado en tensión en el que los cables forman un patrón similar a una rueda. Son livianos y resistentes, y se utilizan a menudo en estructuras temporales o lugares que necesitan una construcción sencilla.
• Sistemas de membranas tensadas:Se trata de estructuras que utilizan telas estiradas sobre cables, lo que crea una estructura flexible y liviana. Se suelen utilizar en pabellones o estadios deportivos.

3. Sistemas híbridos

Algunas estructuras modernas de gran longitud combinan elementos tanto curvos como funiculares para lograr el mejor rendimiento y apariencia.

• Techos Compuestos: Combinan cerchas de acero con cables tensados o membranas de tela para crear techos livianos y resistentes. Son ideales para espacios sin columnas.
• Combinaciones de acero y hormigón:En algunos edificios, se utiliza hormigón para los elementos de compresión (como los arcos), mientras que el acero se encarga de los elementos de tensión (como los cables o las cerchas). Esta mezcla mejora la resistencia y reduce los costes.

Cubiertas de grandes luces: Diseño, tipos y ejemplos famosos

Las cubiertas de grandes luces son esenciales en estructuras a gran escala, ya que permiten crear espacios amplios y sin columnas en estadios, salas de exposiciones y centros de transporte. La ingeniería de estas cubiertas debe equilibrar la resistencia estructural, la eficiencia de los materiales y la estética arquitectónica.

Por qué son importantes las cubiertas de gran luz

Las cubiertas de grandes luces desempeñan un papel crucial en las grandes estructuras al proporcionar:

• Espacios abiertos ininterrumpidos - Esencial para maximizar la eficiencia del espacio en estadios deportivos, aeropuertos y edificios industriales.
• Innovación estructural - Los avances en materiales e ingeniería permiten cubiertas de más de 300 metros sin soportes internos.
• Impacto arquitectónico - Muchos edificios emblemáticos se caracterizan por el diseño de sus cubiertas, como el Estadio Nacional de Pekín.

Uno de los mayores tejados de vano libre del mundo es el Centro de ocio Khan Shatyr en Kazajstán, con una longitud de 150 metros y una estructura de membrana tensada.

Tipos de cubiertas de gran longitud

Las cubiertas de grandes luces varían en función del sistema estructural, la eficiencia de los materiales y los requisitos de diseño. A continuación se indican los tipos más comunes:

Cubiertas con cerchas de acero

• Ideal para: Estadios, almacenes, hangares de aviones
• Envergadura máxima: 100 - 190 metros
• Características: Utiliza unidades triangulares de acero interconectadas para distribuir eficazmente las cargas.
• Ejemplo: Heinz Field, Pittsburgh - Presenta un tejado de cerchas de acero en voladizo que elimina la necesidad de soportes internos.

Cubiertas Space Frame

• Ideal para: Salas de exposiciones, centros de convenciones, estaciones de tren
• Alcance máximo: 100 - 300 metros
• Características: Una rejilla de acero tridimensional que proporciona resistencia y eficiencia material.
• Ejemplo: Aeropuerto Internacional Rey Abdulaziz, Arabia Saudí - Utiliza un sistema de armazón espacial a gran escala para la cubierta de su terminal.

Cubiertas de membrana tensada

• Ideal para: Arenas, anfiteatros, pabellones
• Envergadura máxima: 50 - 150 metros
• Características: Cubiertas textiles ligeras y flexibles soportadas por cables, que ofrecen rentabilidad y rapidez de instalación.
• Ejemplo: O2 Arena, Londres - Presenta una cubierta de membrana tensada soportada por cables de acero.

Cubiertas con cables

• Ideal para: Estadios, centros de transporte
• Alcance máximo: 100 - 200 metros
• Características: Los cables de acero de alta resistencia distribuyen eficazmente las cargas, reduciendo el peso y mejorando la flexibilidad.
• Ejemplo: Olympiastadion, Múnich - Utiliza una cubierta de malla de cables para mejorar la estética y el rendimiento estructural.

Cubiertas en arco y cúpula

• Ideal para: Estadios deportivos, planetarios, edificios públicos
• Alcance máximo: 200 - 300 metros
• Características: Utiliza las fuerzas de compresión para crear estructuras autoportantes de gran estabilidad.
• Ejemplo: Estadio Nacional de Singapur: cuenta con la cúpula retráctil más grande del mundo, de 312 metros.

Cubiertas de grandes luces famosas en todo el mundo

Varios edificios de todo el mundo muestran diseños innovadores de cubiertas de grandes luces:

Estadio Nacional de Pekín (Nido de Pájaro, China)

• Envergadura: 330 metros
• Material: Cerchas de acero entrelazadas
• Característica única: La intrincada estructura de acero elimina la necesidad de columnas internas.

Estadio O2 Arena (Londres, Reino Unido)

• Envergadura: 365 metros
• Material: Tejido tensado y cables de acero
• Característica única: Una de las mayores cubiertas de tela del mundo, que cubre un recinto de ocio multiusos.

Terminal 1 del Aeropuerto Internacional de Kansai (Japón)

• Envergadura: 1,7 kilómetros (longitud del techo)
• Material: Acero y cristal
• Característica única: Construido para resistir terremotos y tifones manteniendo un espacio amplio y abierto.

Materiales para estructuras de grandes luces

Elegir el material adecuado es fundamental para lograr que una estructura de gran envergadura sea resistente y eficiente. A continuación, se indican algunos materiales que se utilizan habitualmente:

• Acero: El acero suele ser el material elegido para las grandes luces por su elevada relación resistencia-peso. Las cerchas de acero, las vigas de chapa y los sistemas de cables se utilizan habitualmente en estructuras de grandes luces.
• Madera:La madera laminada encolada se utiliza en algunas estructuras de grandes luces, especialmente en zonas con acceso a bosques. Se suele utilizar para cerchas y encofrados de compresión, con luces de hasta 45 metros (150 pies) para cerchas y 93 metros (305 pies) para domos.
• Concreto:El hormigón es ideal para estructuras funiculares que se someten a compresión, como arcos y cúpulas. Es menos común en estructuras de flexión, pero se destaca por soportar grandes luces con menos material.
• Tejido y membrana:Las estructuras de tela tensada, como las que se utilizan en los estadios deportivos, se basan en materiales livianos sostenidos por cables. Pueden abarcar grandes áreas con un costo y material mínimos.
• Compuesto:A veces, los diseñadores combinan materiales como hormigón armado con acero o madera con conectores metálicos para obtener lo mejor de ambos mundos: resistencia, flexibilidad y menores costos.

Vigas de acero de gran longitud

Las vigas de acero de gran luz ayudan a soportar grandes estructuras sin utilizar muchos pilares internos. Son resistentes, duraderas y se utilizan mucho en estadios, puentes, edificios industriales y hangares de aviones. Estas vigas permiten crear espacios amplios y abiertos, lo que hace que los edificios sean más flexibles y eficientes.

¿Qué son las vigas de acero de gran canto?

Vigas de acero son soportes horizontales que soportan el peso del techo o pisos arriba. En las estructuras de grandes luces, estas vigas deben ser lo suficientemente fuertes como para salvar grandes distancias y, al mismo tiempo, resistir la flexión y la torsión. Los ingenieros las diseñan cuidadosamente para equilibrar resistencia, peso y coste.

Las vigas de acero de gran luz se utilizan habitualmente en:

• Almacenes y fábricas - Crear espacios abiertos para almacenamiento y maquinaria.
• Estadios deportivos - Para mantener la vista despejada para los espectadores.
• Puentes - Para salvar grandes distancias soportando cargas pesadas.
• Hangares de aeronaves - Para albergar grandes aviones sin soportes internos.

Tipos de vigas de acero de gran longitud

Se utilizan diferentes tipos de vigas en función de la longitud de la luz, los requisitos de carga y el coste.

1. Vigas en I y Vigas en H
   • Envergadura: 30-50 metros
   • Características: Fuerte y eficiente, comúnmente utilizado en entramado de tejados y grandes edificios.
   • Ejemplo: Muchas terminales de aeropuerto utilizan vigas en H profundas para soportar cubiertas anchas.
2. Vigas de placa
   • Alcance: 50-100 metros
   • Características: Fabricadas soldando placas de acero entre sí, lo que permite vanos más largos que las vigas normales.
   • Ejemplo: Utilizado en cubiertas de estadios y puentes de autopistas.
3. Vigas cajón
   • Envergadura: 80-150 metros
   • Características: Su forma hueca en forma de caja los hace resistentes pero ligeros.
   • Ejemplo: Frecuente en puentes de grandes luces y terminales ferroviarias.
4. Vigas de celosía
   • Envergadura: más de 100 metros
   • Características: Una red de barras de acero dispuestas en triángulos que reduce el peso manteniendo la resistencia.
   • Ejemplo: Los estadios deportivos y las salas de exposiciones suelen utilizar estas vigas para sostener el techo.

Estructuras de gran luz y de luz corta

La principal diferencia entre una estructura de gran luz y una de corta luz es la longitud de la luz y la complejidad de su diseño.

Estructuras de gran longitud

• Luz de más de 30 metros (100 pies) o más sin columnas internas.
• Diseñado para crear espacios amplios y abiertos.
• Requiere ingeniería avanzada, materiales especializados y, a menudo, costos de construcción más elevados.
• Se utiliza comúnmente en estadios deportivos, salas de exposiciones y hangares de aviones.

Estructuras de luz corta

• Alcance inferior a 30 metros (100 pies).
• Puede confiar en soluciones de ingeniería más simples y puede utilizar columnas o soportes internos.
• Más rentable y fácil de construir.
• Adecuado para edificios pequeños, almacenes y espacios de oficina.

En resumen, la diferencia clave es la longitud de los tramos. Las estructuras de grandes luces requieren ingeniería y materiales más complejos para crear espacios más grandes y sin obstáculos.

Estructuras de gran luz frente a estructuras de gran luz

Aunque "larga duración" y "gran envergadura" se utilizan a menudo indistintamente, se refieren a diferentes aspectos del diseño estructural:

Largo lapso

• Se refiere a estructuras que se extienden más de 30 metros (100 pies) sin soportes internos ni columnas.
• Se centra en la distancia del tramo y la ingeniería necesaria para crear espacios grandes e ininterrumpidos.
• Común en edificios como estadios deportivos y salas de exposiciones.

Gran amplitud

• Se refiere a estructuras con luces de más de 100 metros (328 pies) o más.
• Destaca el tamaño general y la escala del espacio, a menudo para fines industriales o recreativos masivos.
• Algunos ejemplos son las grandes terminales de aeropuertos o las grandes salas de exposiciones.

El término “gran vano” se refiere a la distancia que cubre la estructura, mientras que el término “gran vano” se refiere más a la escala y el ancho generales de la estructura. Todas las estructuras de gran vano son de gran vano, pero no todas las estructuras de gran vano son de gran vano.

Conclusión

Eso es todo: estructuras de gran longitud.