Juan Antonio Tonda

¿Qué son los cascarones?

Los cascarones son estructuras delgadas de concreto armado, que generalmente soportan esfuerzos directos o esfuerzos de membrana. Este tipo de esfuerzos están siempre contenidos en el plano tangente del punto analizado.

También podríamos definir a los cascarones como aquellas estructuras superficiales delgadas que se salen del plano horizontal (losas planas), como pueden ser las losas dobladas y todas las superficies que ya conocemos.

Clasificación

Cubiertas Planas

Prismáticas: como su nombre lo dice están formadas de placas planas que se intersectan según rectas paralelas.

Cuando las aristas paralelas estén dirigidas según el claro principal y mayor, se tratará de prismáticas largas y cuando en el sentido del claro mayor se encuentre una serie de planos quebrados, se tratará de prismáticas cortas.

Poliédricas: son los tipos de cubiertas constituidas también a base de placas planas, de forma que las aristas de intersección de los planos no sean paralelas. Las cubiertas piramidales y cualquier combinación a base de planos constituirán ejemplos de este tipo de cubiertas.

Cubiertas Curvas de Curvatura Sencilla

Superficies Cónicas: el cono puede ser circular con el eje de revolución vertical. En otros casos la superficie se puede usar como silo para contener grano o líquido. Finalmente, el eje del cono puede no ser vertical.

Superficies Cilíndricas: estas superficies se pueden emplear igualmente en cubiertas o en silos y tanques de almacenamiento. Al igual que en los conos, el eje puede estar colocado en sentido vertical u horizontal, además, los cilindros pueden tener las más variadas formas. Dependiendo de la directriz empleada, se denominarán de acuerdo con ella: cilindro circular, cilindro parabólico, etc.

Cubiertas Curvas de Doble Curvatura

Sinclásticas: se denominan así a las superficies que presentan la misma curvatura en dos direcciones ortogonales, o sea, cuando la superficie es convexa o cóncava en esas dos direcciones ortogonales. Ejemplos de estas superficies son: la esfera, el elipsoide, el paraboloide elíptico, el hiperboloide de dos hojas, etc.

Anticlásticas: este tipo de superficies presenta curvatura contraria en dos direcciones ortogonales, es decir que en un sentido la concavidad va hacia abajo y en el otro va hacia arriba. Ejemplos de estas superficies son: el paraboloide hiperbólico, el conoide, el hiperboloide de un manto y algunas superficies de revolución como la tórica.

¿Cómo trabajan?

Con la acción de cascarón, las principales fuerzas internas que se desarrollan en respuesta a las cargas se encuentran en el plano de la superficie, encontrándose en forma de axiles y sin formarse momentos significativos. Este es el tipo de esfuerzos que se produce, por ejemplo, en una burbuja de jabón, y es lo que le permite tener unos espesores tan reducidos.

Es importante señalar que esta acción es fruto de la interacción entre las condiciones de carga y la forma de la estructura, por lo que no todas las superficies que presenten curvatura trabajarán de este modo. Algunos buenos ejemplos son las formas esféricas y los paraboloides hiperbólicos.

Para llegar a estas formas que creen acción de cascarón, se pueden estudiar mediante el uso de membranas inflables (Heinz), obteniendo formas funiculares con telas y luego creando su antifunicular (Gaudí), o mediante el estudio computacional. Las llamadas formas libres raramente presentarán acción de cascarón.

Dado que no se pueden presentar momentos apreciables en estas estructuras, las cargas puntuales no son bien soportadas, estando especialmente indicadas para cargas repartidas (véase el ejemplo de un huevo de gallina sometido a este tipo de cargas, ya que se trata de un cascarón, y por lo tanto presenta acción de cascarón).

Para entender cómo trabaja este tipo de cascarones, haremos una analogía con una membrana, como una burbuja. En una membrana con una carga, se produce una deformación de forma que las fuerzas se desarrollan en la superficie de la membrana. Si invertimos el modelo, obtenemos el comportamiento de la estructura de estudio. Es importante señalar que dichas fuerzas se desarrollan en dos direcciones perpendiculares, produciéndose además un esfuerzo tangencial de cortante que también colabora a soportar las cargas.

Ventajas y Desventajas

La principal ventaja de los cascarones es su capacidad de resistir grandes claros, pero la necesidad de obra especializada y la incapacidad de usarse como entrepisos por  su forma y características son sus más grandes desventajas.