Estructuras espaciales y geodésicas

Triángulo geodésico

Cuando en 1930 se abandonaron en Gran Bretaña los trabajos sobre dirigibles, Barnes Wallis fue contratado por Rex Pierson para trasladarse a Weybridge, donde se instaló para aplicar a los aviones de ala fija su experiencia en el uso de la construcción con aleaciones ligeras.

"Me pasé a los aviones. En aquella época, su estructura consistía en un esqueleto rectangular, cuya piel exterior era de tela dopada apoyada en un complicado e inútil armazón de madera moldeado para producir una forma aerodinámica, pero con la desventaja de aumentar considerablemente el peso de la estructura básica".

Wallis dio con una idea estructural revolucionaria: en lugar de construir la estructura de un avión sobre el principio de una viga, que soporta una piel aerodinámica externa, desarrolló un nuevo tipo de estructura cuyos miembros estructurales se formaban dentro de la propia forma aerodinámica. Para ello, los elementos estructurales debían seguir la forma exterior curvada del fuselaje y las alas.

"Con los conocimientos de geodésica adquiridos con las bolsas de gas del R.100 en mi mente, se me ocurrió que no sólo podía suprimir las cimbras de madera, sino que al mismo tiempo podía ampliar la estructura esquelética interna hasta dimensiones aerodinámicas completas, formando sus miembros como geodésicas en la superficie tanto de las alas como del fuselaje, consiguiendo así una estructura mucho más ligera, rígida y fuerte que nunca"

Diseño geodésico

Las cúpulas son una parte importante de la historia de la Humanidad. Desde la Edad de Piedra tardía (hace entre 50.000 y 39.000 años), la tumba en forma de cúpula se utilizaba como réplica del refugio dado por Dios, hecho permanente como hogar venerado de los muertos. Pensemos en las estupas de la India y en la tumba tholos de Grecia. Las cúpulas también se asociaban con los cielos de la antigua Persia y el mundo helenístico romano, ya que el círculo representa la eternidad y la perfección.

Las cúpulas pueden reflejar los sonidos y crear ecos fantásticos, ya que son cóncavas desde abajo. En el siglo XV, los cantos del clero se proyectaban en las iglesias bizantinas gracias a las semicúpulas. Hoy en día, algunas de las mejores salas de conciertos del planeta tienen forma de cúpula (véase el Royal Albert Hall de Londres).

Las cúpulas son, de hecho, la estructura más eficiente conocida por el hombre. La forma esférica de la cúpula permite que el aire y la energía circulen sin obstrucciones, lo que es especialmente bueno en la Patagonia (con vientos de hasta 250 km/h). Las cúpulas son estructuras aerodinámicas, por lo que pueden resistir terremotos y huracanes sin problemas (¡hasta hay un estudio al respecto!).

Geodésicas en una esfera

¿Por qué ya no se fabrican fuselajes geodésicos? ¿Cuestan más que las estructuras convencionales? ¿No son tan resistentes como las estructuras convencionales? Supongo que la relación coste-beneficio es insuficiente, pero ¿cómo se calcula?

Los armazones geodésicos son buenos para transferir cargas tanto de flexión como de cizalladura. Esto es útil cuando la cubierta aerodinámica no es lo suficientemente rígida como para aportar rigidez al cizallamiento, como en el caso de la cubierta de tela. Sin embargo, cuando la piel está hecha del mismo material que el armazón, puede soportar cargas de cizalladura y un armazón geodésico no mejoraría las cosas. Ahora es mejor soportar las cargas longitudinales en los largueros y las transversales en la piel.

Pero las construcciones geodésicas no están muertas. El CAD hace que el esfuerzo de diseño sea manejable y, en algunos casos, suponen una ventaja en cuanto al peso. Fíjese en la carcasa del motor EJ200: utiliza un refuerzo geodésico para que la carcasa sea ligera y resistente y para evitar vibraciones perjudiciales. Al fin y al cabo, la carcasa de un motor a reacción es un gran recipiente a presión y tiene que ser fuerte, rígida y ligera.

Estructura geodésica

Cuando en 1930 se abandonaron en Gran Bretaña los trabajos sobre dirigibles, Barnes Wallis fue contratado por Rex Pierson para trasladarse a Weybridge, donde se instaló para aplicar su experiencia en el uso de la construcción de aleaciones ligeras a los aviones de ala fija.

"Me pasé a los aviones. En aquella época, su estructura consistía en un esqueleto rectangular, cuya piel exterior era de tela dopada apoyada en un complicado e inútil armazón de madera moldeado para producir una forma aerodinámica, pero con la desventaja de aumentar considerablemente el peso de la estructura básica".

Wallis dio con una idea estructural revolucionaria: en lugar de construir la estructura de un avión sobre el principio de una viga, que soporta una piel aerodinámica externa, desarrolló un nuevo tipo de estructura cuyos miembros estructurales se formaban dentro de la propia forma aerodinámica. Para ello, los elementos estructurales debían seguir la forma exterior curvada del fuselaje y las alas.

"Con los conocimientos de geodésica adquiridos con las bolsas de gas del R.100 en mi mente, se me ocurrió que no sólo podía suprimir las cimbras de madera, sino que al mismo tiempo podía ampliar la estructura esquelética interna hasta dimensiones aerodinámicas completas, formando sus miembros como geodésicas en la superficie tanto de las alas como del fuselaje, consiguiendo así una estructura mucho más ligera, rígida y fuerte que nunca"