SISTEMA CONSTRUCTIVO A BASE DE CÉLULAS ESPACIALES
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención pertenece al campo de los sistemas de construcción, ya sea en arquitectura terrestre, aeronáutica, naval o cualquier otra.
La presente invención se describe como un sistema constructivo para la edificación de pisos, techos, paredes, muros etc.; específicamente, la presente invención se relaciona con un sistema constructivo, cuyos elementos estructurales le permiten auto-soportarse y distribuir los esfuerzos en todas direcciones, a fin de obtener numerosas y notables ventajas respecto a otros sistemas existentes de análogas finalidades. El presente sistema constructivo está basado en elementos con una nueva forma geométrica denominados "celulamina" constituida por segmentos hiperbólicos de rotación plegados cuyas funciones características han sido modificadas para obtener un resultado industrial ventajoso respecto a otros sistemas. El término "celulamina" se desprende de "célula": unidad elemental de un cuerpo; y "lámina": objeto cuya superficie es muy superior a su espesor, por lo que para efectos de la presente invención, definimos una "celulamina" como un elemento estructural hueco de lámina muy delgada que adopta una forma determinada.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los antecedentes más relevantes que existen en el estado de la técnica conocida con relación a nuestra invención es lo que nosotros mismos hemos publicado sobre la misma. Es importante mencionar que en todos los casos dichas publicaciones hacen referencia a distintas etapas de la evolución del invento y no existen publicaciones de la última y más importante etapa donde este se terminó y se logró determinar a profundidad la esencia de su funcionamiento. Es por ello que dichas publicaciones no alcanzan a ser impedimentos
para la presente solicitud de patente.
A sí mismo, en la actualidad otros productos que guardan cierta similitud con la presente invención son los paneles integrados con láminas delgadas en el espacio, pertenecientes a la tecnología de paneles de uso estructural armados en el espacio o paneles sándwich .
Como primer ejemplo de estos existen los paneles sándwich (Honey comb), integrados por tiras planas de lámina muy delgadas (papel, aluminio, plástico, etc.) que están unidas para formar hexágonos al ser desplegadas y después cubiertas por capas paralelas de lámina delgada, presentan similitud únicamente en el sentido de que tienen dos placas extremas y elementos estructurales que las unen, pero dichos elementos son y funcionan de maneras completamente distintas a las que presenta nuestra invención.
Como segundo ejemplo existen los paneles Nanocore, los cuales tienen una apariencia similar a nuestra invención pero que difieren en una de las partes claves ya que los fustes que dan origen a dicha estructura no tienen continuidad en sus placas extremas, lo que los incapacita para transmitir esfuerzos en todas direcciones hacia el resto de la estructura. Asimismo, la forma de los elementos estructurales corresponde a dos pirámides cuadrangulares o cónicas truncadas unidas por sus vértices, a diferencia de la presente invención donde se ocupan hiperboloides modificados que al poseer forma de doble curvatura hacen que el trabajo interno y la transmisión de esfuerzos sean completamente diferentes.
También existen las estructuras armadas en el espacio, las cuales están formadas por miembros o barras que están sujetos a fuerzas longitudinales de compresión o tensión y se encuentran en planos ortogonales. En dichos sistemas, las distintas barras están dispuestas en posiciones oblicuas entre sí, pero el conjunto forma una tapa plana o panel que se adapta a las formas constructivas cúbicas, pero también puede estar en planos curvos, cuando tienen una curvatura se producen formas cilindricas, si la superficie es doblemente curva se produce la cúpula. Dentro de esta tecnología pudiera considerarse también el cartón corrugado y los tableros de tubos rectangulares.
Asimismo, otro tipo de estructuras son las trabes, cuyas fuerzas se distribuyen desde los apoyos hacia el centro de la trabe. Este tipo de estructuras están sometidas principalmente a esfuerzos por flexión de los momentos flexionantes externos.
Otro tipo de estructuras son las viguetas que se conforman por una viga de acero diseñada para soportar las fuerzas y el estrés y minimizar el peso.
Adicionalmente, una armadura es una estructura formada por un conjunto de piezas lineales (de madera o metálicas) ensambladas entre sí, las armaduras se utilizan para soportar la cubierta inclinada de algunos edificios. La disposición de la cubierta a una, dos, tres, cuatro o más aguas, influye lógicamente en la característica de la armadura que debe sostenerla. Frecuentemente, las armaduras estructuralmente son celosías planas, aunque existen armaduras de otro tipo que no son celosías.
A este respecto, la diferencia principal de la presente invención con todas las estructuras armadas en el espacio mencionadas, radica en que en la presente invención , los esfuerzos se transmiten en todas direcciones mientras que en todos los demás casos no.
Una revisión de la técnica previa indica que el uso de un sistema constructivo que permite auto-soportarse y distribuir los esfuerzos en todas direcciones, no se ha usado en el pasado.
Dentro de los antecedentes o referencias se hace notar el documento MX 9502477 perteneciente al mismo solicitante, en donde se muestra una etapa intermedia del desarrollo enfocado a un elemento estructural y no a un sistema constructivo como en la presente invención . La diferencia fundamental entre la presente invención y el elemento estructural del documento MX 9502477, corresponde a la creación de tapas hiperbólicas plegadas que cierran dichos elementos estructurales y que se encargan de transmitir los esfuerzos principales en el sistema estructural.
Por ejemplo, la Patente Europea 0549499 divulga un dispositivo triangular para suelos para producir paneles tipo sándwich , obtenido por la disposición entre dos placas paralelas de dos series de elementos rígidos que tienen perfiles troncocónicos de cabeza,
de manera que los elementos dispuestos en forma escalonada en una se insertan entre los elementos dispuestos en forma escalonada en el otro. A diferencia de la presente invención , los elementos divulgados en la patente EP0549499, presentan una forma triangular en lugar de una forma hiperboloide, asimismo, no cuentan con una tapa hiperbólica que cierre dichos elementos estructurales y que se encargue de transmitir los esfuerzos principales en el sistema.
La Publicación de Patente Alemana 1 0200800751 A5, divulga una estructura de núcleo que comprende preferiblemente películas de embutición profunda, que tienen protuberancias en forma de conos o pirámides truncadas y están conectados entre sí en múltiples capas para cubrir superficies. Dicha estructura divulgada en la solicitud DE 10200800751 A5, es la más similar a la mencionada en la presente invención. Sin embargo, la estructura de la solicitud Alemana no presenta tapas hiperbólicas, por lo que no son formados ángulos en sus puntos de unión , dando como resultado que la estructura no pueda transmitir los esfuerzos principales en el sistema tal y como en la presente invención .
La Publicación de Patente de los Estados Unidos 3025935 A, divulga un dispositivo de un panel constructivo conformado por una pluralidad de elementos de forma cónica para producir paneles tipo sándwich. Como se puede apreciar, dichos paneles no cuentan con una tapa hiperbólica, además al no presentar una forma hiperbólica, no se pueden transmitir los esfuerzos principales en el sistema tal y como en la presente invención.
Ninguno de los documentos describe un sistema constructivo celular que utilice una pluralidad de celulaminas de hiperboloides con extremos rectangulares y tapas hiperboloides, que definan ángulos entre ellos para formar estructuras auto-soportantes que permitan transmitir los esfuerzos en todas direcciones dando como resultado una estructura liviana, de bajo costo y altamente resistente. Existe, la necesidad de un sistema de construcción que supere todos los inconvenientes de los sistemas desarrollados en el pasado.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con la invención, se propone un nuevo tipo de sistema constructivo consistente en la unión de elementos estructurales configurados de tal manera que al enlazarse entre sí, permitan formar estructuras livianas y altamente resistentes.
El sistema constructivo de la presente invención, está conformado por una especie de tabiques huecos denominados celulaminas con forma de hiperboloides modificados, que al trabajar en conjunto dan origen a un sistema estructural con cubierta integrada que puede absorber y transmitir esfuerzos en todas las direcciones y sentidos. Dichas celulaminas conforman un sistema constructivo en virtud de que, debido a la forma que tienen las celulaminas, al unirse entre sí, forman estructuras con cubierta integrada capaces de trabajar en conjunto en todos los planos, direcciones y sentidos y por lo tanto, indistinta y simultáneamente para funcionar como pisos, paredes y techos, generando con ello todos los elementos que integran una construcción o cuerpo sin necesidad de hacer uso de elementos adicionales, distintos a las celulaminas.
Una celulamina es la unidad elemental de este sistema constructivo. Se trata de un elemento estructural hueco, hecho de lámina rígida muy delgada que adopta una nueva forma geométrica que proviene de hiperboloides modificados. Esta forma que le da razón de ser a la presente invención es una composición resultante de la combinación de segmentos de hiperboloide y de los pliegues que se producen en sus uniones. A partir de esta forma se generan dos nuevos esfuerzos de tensión, uno hiperbólico y otro circular, producto de la doble curvatura propia de la forma, que son los que provocan el atezamiento de las generatrices rectas de los hiperboloides.
Las paredes del hiperboloide tienen un espesor mínimo, por lo que se requiere de mucha presión para aplanarlo, brindando una mayor resistencia a la separación, es decir, una mayor cohesión que repulsión. Dicha fuerza de cohesión está determinada por el material utilizado, no obstante, la forma de la presente celulamina, incrementa su fuerza de cohesión gracias a la implementación de columnas súper cortas resultado del
entrecruzamiento de las generatrices rectas, que previenen su falla por cohesión.
Los esfuerzos al viajar al interior de estas paredes del hiperboloide tienen un comportamiento muy especial, ya que dicho espesor no alcanza a ser suficiente para que exista par resistente en la celulamina, pero si en el sistema, dicha supresión del par resistente se consigue gracias a lo delgado del material, es decir, gracias a la forma de doble curvatura generada por líneas rectas que se entrecruzan provoca que los esfuerzos de tensión y compresión trabajen en una misma línea y de forma simultánea, el esfuerzo de tensión ocurre al mismo tiempo que el de compresión a lo largo de las generatrices del hiperboloide de tal forma que al tensar se comprimen y al comprimirse se tensan. La doble curvatura se encarga de atiesar y rigidizar dichas directrices las cuales al entrecruzarse con las demás diagonales conforman una red de millones de micro- segmentos de recta o partículas que cada una absorbe una porción del esfuerzo ejercido haciendo que la forma tenga una enorme capacidad de absorber esfuerzos, siendo el límite de resistencia, las propias fuerzas que mantienen unidas las moléculas del material que se utilice.
Este fenómeno permite la estabilidad dimensional del sistema constructivo, ya que siempre que existe una fuerza de tensión que pueda deformarlo existe al mismo tiempo una fuerza de compresión que lo contrarresta y viceversa que por ende no permite la fluencia del material con el que está fabricada cada celulamina que conforma el sistema, es decir, al aplicarse una fuerza cada vez mayor, el material se comprime y tensa hasta el punto de poderse compactar más.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN El principal objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema constructivo celular que permita preparar las losas y los muros de una edificación para el paso de instalaciones de todo tipo, especialmente aire acondicionado por su interior, sin afectar su resistencia y sin emplear recursos complementarios como falsos plafones o dobles pisos.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular altamente resistente que aprovecha la distribución de los esfuerzos en todas direcciones y eficientar el uso del material utilizando solamente lo necesario.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular que sea muy ligero debido al uso de láminas muy delgadas lo que ocasiona que su empleo puede ser aprovechado en campos como el aeronáutico donde el poco material empleado aligera notablemente el peso de la construcción.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular que emplea poco material en su manufactura lo que da como resultado un bajo costo. Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular que sea resistente ante esfuerzos accidentales como movimientos telúricos, vientos, inundaciones gracias al trabajo de su estructura, ya que se prepara a todo cambio del sentido de los esfuerzos.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular que brinda estabilidad dimensional, ya que el trabajo interno de sus celulaminas aprovecha la propiedad emergente de la simultaneidad de tensión-compresión para oponerse a los movimientos dimensionales producto de cambios de temperatura.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular que permita el transporte de fluidos al proporcionar un espacio interior disponible dentro de su estructura y al estar dotado de rompe-inercia por los fustes de las celulaminas, lo que resulta indicado para transporte, por ejemplo, de líquidos como en el caso de las alas de los aviones.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar un sistema constructivo celular que permita su reubicación ya que puede ser retirado sin dañarse, romperse o deformarse en el caso de ser así requerido.
Otro objetivo de la presente invención es: proporcionar: un sistema constructivo celular que se puede utilizar en cualquier tipo de construcción debido a las propiedades que ofrece este sistema constructivo, lo que permite que se adapte eficientemente en
cualquier campo de la construcción terrestre, naval o aeronáutica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describe con referencia a las figuras que se acompañan en las cuales: La Figura 1 es una vista en perspectiva de las celulaminas estándar utilizadas en la modalidad preferente del sistema constructivo.
La Figura 2 es una vista en explosión de las celulaminas estándar del sistema constructivo.
La Figura 3a es una vista esquemática de la configuración microscópica de cada celulamina del sistema constructivo.
La figura 3b es una representación ejemplificativa de la acción ejercida por la fuerzas de tensión hiperbólica y circular, así como por las fuerzas de compresión sobre la partícula.
La figura 3c, es una figura esquemática ejemplificativa de cómo actúan los esfuerzos de tensión y compresión sobre las celulaminas del sistema de constructivo.
La Figura 4 muestra el fenómeno de las fuerzas que actúan sobre las celulaminas que permiten la estabilidad dimensional del sistema constructivo.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva del sistema constructivo empleando las celulaminas cuadrangulares o estándar.
La figura 6 muestra la primera modificación realizada en las celulaminas estándar. La figura 7 muestra la segunda modificación realizada en las celulaminas estándar. La figura 8 muestra una segunda modalidad que corresponde a las celulaminas con acomodo de retícula hexagonal.
La figura 9 muestra la primera modificación realizada en las celulaminas hexagonales de la figura 8.
La figura 10 muestra la segunda modificación realizada en las celulaminas hexagonales de la figura 8.
La figura 1 1 muestra los sunchos hiperbólicos y circulares que funcionan como atezadores de cada celulamina del sistema constructivo de la presente invención.
La figura 12 muestra un corte transversal donde se puede apreciar la unión entre las celulaminas estándar.
La figura 13 muestra una vista superior de la unión que se lleva a cabo entre las celulaminas estándar.
La figura 14 muestra una celulamina "T" para la unión de pisos o techos con paredes interiores.
La figura 15 muestra una celulamina que sirve de remate para los bordes libres en pisos o paredes.
La figura 16 muestra la celulamina que se utiliza como unión de una pared seccionada por un piso.
La figura 17 muestra la celulamina que se utiliza como unión de paredes exteriores con los bordes de los pisos o techos.
La figura 18 muestra una modificación de las celulaminas hexagonales.
La figura 19 muestra una estructura conformada por las celulaminas hexagonales de la figura 18.
La figura 20 muestra una vista superior de la unión de las celulaminas hexagonales. La figura 21 muestra un corte longitudinal de la estructura hexagonal.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Con referencia a las figuras, se describe el sistema constructivo celulaminar de la presente invención, el cual es altamente eficiente para la fabricación de elementos constructivos como pisos, techos, paredes etc., de alta resistencia, livianas y de bajo costo.
La presente invención propone un nuevo tipo de sistema constructivo consistente en la unión de elementos estructurales denominados celulaminas, que al enlazarse entre sí,
producen los elementos constructivos requeridos para conformar una edificación o cuerpo.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de las celulaminas utilizados en la modalidad preferente de la presente invención. Cada celulamina (1 ) presenta un cuerpo principal (2) hueco, fabricado en lámina muy delgada y con forma substancialmente de hiperboloide modificado, el cual, al trabajar en conjunto con otras celulaminas, da origen a un sistema constructivo con cubierta integrada que absorbe y transmite esfuerzos en todas las direcciones y sentidos.
La presente invención, se considera un sistema constructivo en virtud de que, debido a la forma que tienen las celulaminas al unirse entre sí forman sistemas constructivos con cubierta integrada capaces de trabajar en conjunto en todos los planos, direcciones y sentidos, por lo tanto, indistinta y simultáneamente pueden ser utilizados para la construcción de pisos, paredes y techos, generando con ello todos los elementos que integran una construcción o cuerpo sin necesidad de hacer uso de elementos adicionales, distintos a las celulaminas (1).
Como se puede apreciar en la figura 1 , el cuerpo principal (2) de cada celulamina (1 ), presenta una forma de hiperboloide, es decir, que forma dos arcos hiperbólicos (3) en el plano vertical cuyos bordes superior e inferior se proyectan hacia el exterior en sentido ascendente para el borde superior y en sentido descendente para el borde inferior, formando dos superficies que denominamos fustes (4). Finalmente, una tapa hiperbólica (5) tanto superior como inferior, que cubre ambos fustes (4) por su extremo libre.
La figura 2 muestra una vista en explosión de la celulamina (1 ) y tapa (5), en donde se puede analizar cómo trabaja dicha celulamina (1 ) y por qué, lo que supone examinar a profundidad los elementos estructurales que lo componen; esto es, las celulaminas (1 ) así como la manera en que estos interactúan entre sí, trabajan en conjunto para dar origen a un sistema estructural y consecuentemente, a un sistema constructivo.
La celulamina (1 ) es la unidad elemental de este sistema constructivo, ya que se trata de un elemento estructural hueco, hecho de lámina muy delgada, que adopta una nueva
forma geométrica que proviene de los hiperboloides pero con ciertas modificaciones. Tanto la forma del cuerpo principal (2) como de la tapa (5), son la razón de ser de la presente invención, ya que resultan de la combinación de segmentos de hiperboloide y de los pliegues que se producen en sus uniones. Como se puede observar en la figura 2, a partir de esta forma se generan dos nuevos esfuerzos de tensión, uno hiperbólico (6) y otro circular (7), producto de la doble curvatura propia de la forma, que son los que provocan el atezamiento de las generatrices rectas de los hiperboloides. Como fue previamente mencionado, las partículas cuyas dimensiones son iguales al grosor del material empleado, presentan una característica muy particular que se produce gracias al uso de paredes delgadas, las cuales , evitan que se produzca par resistente cuando se aplican fuerzas sobre las mismas. Asimismo, sus micrométricas dimensiones hacen que las fuerzas de compresión y tensión únicamente puedan trabajar en un mismo plano, haciendo con esto que sólo se pueda trabajar a cortante ya que no existe la suficiente separación entre la cara exterior y la cara interior para que se produzcan momentos, además de esto, gracias al entrecruzamiento de las generatrices que generan el cuerpo principal (2), hacen que cada partícula también posea la doble curvatura de los hiperboloides factor que hace que el material se comprima hasta compactarse, lo cual provoca que quede aprisionado entre ambas fuerzas y no pueda fluir hacia ningún lado, dando como resultado que sea extremadamente difícil que falle cada partícula y provoca que la única manera en que lo puedan hacer sea cuando el esfuerzo ejercido sobre cada una de estas supere las fuerzas de cohesión que mantienen unidas las moléculas del material.
En la figura 3a, se puede apreciar la configuración microscópica de cada celulamina (1 ) de la presente invención. Como se ha mencionado previamente, las paredes que conforman el hiperboloide tienen un espesor mínimo, debido a que los esfuerzos al viajar al interior de estas tienen un comportamiento muy especial, ya que dicho espesor no alcanza a ser suficiente para que exista par resistente, debido a que solo trabajan en cortante, estas características en combinación con la forma de doble curvatura
hiperbólica (fustes 4), son generados por una pluralidad de partículas (8) que definen generatrices del hiperboloide que se entrecruzan a lo largo de toda la celulamina (1 ), y dan como resultado que los esfuerzos de tensión (9) y compresión (10) trabajen en una misma línea y de forma simultánea. Cabe mencionar que cada celulamina (1 ) por sí sola no logra realizar dicho efecto, ya que se requiere de la fuerza de tensión (9) y compresión (1 0), ejercidas por cada celulamina (1 ) adyacente, cumpliendo su función en el sistema. La figura 3b muestra una representación ejemplificativa de la acción ejercida por la fuerzas de tensión (9) y compresión (1 0) sobre las partículas (8) que definen las generatrices del cuerpo de la celulamina (1 ). Como se puede apreciar, las fuerzas de tensión hiperbólicas (6) y circulares (7) ejercidas por la doble curvatura sobre cada partícula (8), aplican una fuerza de zuncho que atiesan las directrices rectas que simultáneamente transmiten los esfuerzos de tensión y compresión provocando esfuerzos cortantes que originan mayor cohesión y se previene la fluencia del material. Por otra parte, la figura 3c es una representación ejemplificativa de cómo actúan los esfuerzos de tensión y compresión internamente en cada celulamina (1 ) que compone el sistema constructivo de la presente invención , en dicha figura se aprecia el comportamiento de los esfuerzos en una celulamina de forma esquemática, en donde los esfuerzos son representados por un par de manos sostenidas entre sí, simulando los esfuerzos de tensión tanto circulares (7) como hiperbólicos (6) de la doble curvatura (4), que se encarga de atiesar y rigidizar las directrices que generan la celulamina las cuales al entrecruzarse con las demás partículas (8) de las generatrices, conforman una red de millones de micro-segmentos de recta o partículas, haciendo que cada una absorba una porción del esfuerzo ejercido. Por lo que la forma de la celulamina (1 ) propuesta, tiene una enorme capacidad de absorber esfuerzos, siendo el límite de resistencia, las propias fuerzas que mantienen unidas las moléculas del material que se utilice.
Como resultado del entrecruzamiento de las partículas (8) de las generatrices rectas que conforman la celulamina (1 ), se tiene como resultado una estabilidad dimensional, ya que se origina una diversidad de pequeños segmentos o partículas tridimensionales cuya
longitud es igual a lo delgado del espesor de la misma y que al encontrarse atezados por la doble curvatura adquieren propiedades emergentes (en las generatrices rectas) como: La compresión (10) y tensión (9) simultanea que se realiza cuando al comprimir tensamos y al tensar comprimimos, lo cual nos brinda la estabilidad dimensional y la capacidad de adaptarse a esfuerzos accidentales por inversión de los mismos, como: Temperatura, vibraciones, viento, temblores, empuje de agua, movimiento, etc. Por esta propiedad emergente los esfuerzos de compresión (1 0) se igualan a los de tensión (9), produciendo la misma resistencia a tensión que a compresión . Asimismo, al tener la misma resistencia a compresión que a tensión en la celulamina (1 ), se brinda una ventaja considerable frente los sistemas constructivos contemplados en el estado de la técnica, ya que los materiales tienen diferente resistencia a la compresión que a la tensión, a diferencia de la presente invención en donde se logra igualar ambas fuerzas gracias a la forma de las celulaminas (1 ). La causante de este fenómeno, es la forma, ya que debido a sus características logramos hacer que el material quede confinado y por lo tanto al comprimirlo, este no pueda fluir lo que ocasiona un aumento en su resistencia a compresión hasta hacerla llegar a la misma resistencia que tiene a la tensión.
En la figura 4, se puede apreciar un ejemplo del fenómeno sobre las celulaminas (1 ), que permite la estabilidad dimensional del sistema constructivo ya que siempre que existe una fuerza de tensión (9) que pueda deformarlo, existe al mismo tiempo una fuerza de compresión (1 0) que lo contrarresta y viceversa, que por ende no permite la fluencia del material, evitando su alargamiento y brindando una estructura sólida y duradera, extendiendo la vida útil de la estructura.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva del sistema constructivo empleando las celulaminas cuadrangulares o estándar, correspondientes a la modalidad preferente de la presente invención (ver figura 1 ); los cuales corresponden a los elementos estructurales base que se encuentran en todo el sistema constructivo a excepción de los lugares donde es necesario transmitir esfuerzos entre planos o cerrar orillas (descritos más adelante). Las celulaminas (1 ) cuadrangulares o estándar correspondientes a la modalidad
preferente de la presente invención, comprenden dos modificaciones principales al hiperboloide, la primera radica en la forma del cuerpo principal (2) y la segunda en la tapa (5) que cubre ambos fustes (4) . En dicha figura 5 se puede ver como las celulaminas (1 ) hacen contacto entre sí, a través de los extremos de cada fuste (4).
La figura 6 muestra la primera modificación para formar cada celulamina (1 ), a través de un corte vertical sobre el eje de simetría mediante un suaje de forma cuadrangular (no mostrado), haciendo que cada punta del cuadrado del suaje coincida con un punto de la circunferencia extrema del hiperboloide, al bajar el suaje, el corte resultante produce en cada borde del cuerpo principal (2), un hiperboloide seccionado cuadrangularmente al cual denominamos fuste (4) (ver figura 1 ). Dicho fuste (4) es de forma substancialmente cuadrada en los extremos del hiperboloide, produciendo 4 puntas (4a) unidas mediante aristas (4b) de forma substancialmente curva. A su vez, ambos fustes (4) se unen entre sí mediante arcos hiperbólicos (3) en el plano vertical formando el cuerpo principal (2). Gracias a la forma de dichos fustes (4), se puede unir una pluralidad de celulaminas (1 ) a través de los hiperboloides o fustes (4) en una configuración cuadrangular, lo que permite que exista una unión continua a lo largo y ancho de toda la estructura (ver figura 5) y que cada hiperboloide o fuste (4) se encuentre íntimamente relacionado con cada uno de los demás, factor clave para que los esfuerzos se puedan transmitir en todas direcciones y sentidos sobre todo el sistema.
La figura 7 muestra la segunda modificación importante de las celulaminas estándar o cuadrangular (1 ), la cual consiste en una especie de tapa (5), conformada por cuatro secciones de hiperboloide (5a) que definen aristas substancialmente curvas (5c) unidas en una cruceta de pliegues (5b) unidas a cuatro puntas (5d). Esta tapa (5) se ubica en los dos extremos del hiperboloide seccionado cuadrangularmente o fuste (4), produciendo pliegues a lo largo de los arcos hiperbólicos resultantes de la primera modificación . Estas tapas (5) son los elementos responsables de recibir los esfuerzos principales externos del sistema (9) (1 0) y transmitirlos tanto al interior de cada celulamina así cómo hacia las demás celulaminas del sistema constructivo.
Cabe mencionar que la transmisión de los esfuerzos al interior del cuerpo principal (2), se lleva a cabo a través de los pliegues de la cruceta (5b) formados en la tapa (5) y de los pliegues (5c) que se forman al unirse la tapa con el fuste. Dicha transmisión de esfuerzos es dirigida a través de las partículas (8) de las generatrices rectas que conforman las secciones hiperbólicas de dichos elementos hacia los pliegues del fuste (4) y dentro del fuste (4). Mientras que la transmisión de los esfuerzos hacia las demás celulaminas se obtiene al mandar el esfuerzo a través de las diagonales (5a) que se producen como consecuencia del pliegue de la unión de las 4 secciones de hiperboloide de las cuales se habló anteriormente que dan origen a dichas tapas (5). Para comprender mejor este funcionamiento podemos compararlo con el trabajo de una vigueta, donde la tapa corresponde a los patines de la misma, mientras que el hiperboloide cuadrangular o fuste (4) representa el alma de esta, con la diferencia de que en el caso del presente sistema, se trabaja en todas las direcciones y sentidos y no solo en dos direcciones como lo hace la vigueta.
La figura 8 muestra una segunda modalidad que corresponde a las celulaminas con acomodo de retícula hexagonal (1 1 ) que requieren tapa (12) para generar el par resistente, en este caso no se requieren piezas especiales para realizar conexiones entre planos. Las celulaminas hexagonales (1 1) con tapa (12) presentan dos modificaciones al hiperboloide muy similares a las de las celulaminas estándar (1 ) de la modalidad preferente.
La figura 9 muestra la primera modificación de la celulamina (1 1 ), la cual consiste también en un corte vertical sobre el eje de simetría mediante un suaje pero en este caso de forma hexagonal, cada punta del hexágono del suaje coincide con un punto de la circunferencia extrema del hiperboloide (ver figura 8), el corte resultante produce un hiperboloide seccionado hexagonalmente al cual también denominamos fuste (13). Dicho corte provoca seis aristas curvas (14) en los extremos del hiperboloide consistentes en seis puntas (15). Ambos fustes (1 3) se unen entre sí por arcos hiperbólicos (16) en el plano vertical del cuerpo principal (1 1 ). Gracias a dicho corte se pueden unir
hiperboloides modificados o fustes (13) entre sí en una configuración hexagonal, lo cual permite que exista una unión continua a lo largo y ancho de toda la estructura y que cada hiperboloide o fuste (1 3) se encuentre íntimamente relacionado con cada uno de los demás, factor clave para que los esfuerzos se puedan transmitir en todas direcciones y sentidos en el sistema.
La figura 10 muestra la segunda modificación que también consiste en una especie de tapa (12), conformada en este caso por seis secciones de hiperboloide (17) con aristas sustancialmente curvas (17a), unidas en una cruceta de pliegues (1 8) unidas a seis puntas (18a), ésta tapa igualmente se ubica en los dos extremos del hiperboloide seccionado hexagonalmente o fuste (13) (ver figura 8); las cuales se unen al fuste produciendo pliegues a lo largo de los arcos hiperbólicos (16) resultantes de la primer modificación. Estos elementos juegan el mismo papel en la celulamina hexagonal que los correspondientes a las tapas de la celulamina estándar que se explicó anteriormente. La figura 1 1 muestra los zunchos hiperbólicos (8) y circulares (9) que funcionan como elemento de atezamiento en los enlaces. Esta doble curvatura se presenta en cada celulamina (1 ) cuando se enlazan los arcos hiperbólicos (3) de cada celulamina con la siguiente celulamina inmediata. Esta característica permite que haya continuidad en la transmisión de los esfuerzos sistemáticamente y en todas las direcciones y planos dentro del sistema constructivo.
La figura 12 muestra un corte transversal donde se puede apreciar la unión entre celulaminas estándar (1 ), como se puede observar, los fustes (4) superior e inferior de cada celulamina que conforma la estructura, se unen entre si formando un zuncho hiperbólico (A) el cual se define por la unión entre los arcos hiperbólicos (3) de cada celulamina (1 ); por lo que las fuerzas "F" ejercidas sobre cada celulamina (1 ), son transmitidas desde la sección hiperbólica (5a) de la tapa (5) hacia la siguiente tapa (ver figura 13), y a su vez, hacia el interior del cuerpo principal (2) a través de los arcos hiperbólicos (3), distribuyendo la fuerza en todas direcciones sobre toda la estructura. La figura 1 3 muestra una vista superior de la unión que se lleva a cabo entre las
celulaminas estándar (1 ), como se puede observar, cada tapa (5) presenta cuatro zonas hiperbólicas (5a) que definen aristas curvas (5c) formadas a través de los pliegues de la cruceta (5b). Cada zona hiperbólica (5a) de una tapa (5), hace contacto con cada zona (5a) de las tapas (5) de las celulaminas inmediatas, formando zonas hiperbólicas (B), que trasmiten una fuerza "F" aplicada hacia toda la estructura a través de las crucetas (5b). Como se puede observar, la tapa (5) forma un papel crucial dentro de la estructura de cada celulamina, ya que se encarga de transmitir las fuerzas "F" tanto entre las tapas (5) como entre las celulaminas (1 ) (ver figura 12), logrando distribuir los esfuerzos por toda la estructura y en todas direcciones.
Existen una serie de modificaciones que se realizan a los hiperboloides para producir las celulaminas (1 ) de la presente invención, las cuales varían dependiendo de la ubicación y uso que se le dé a los mismos dentro del sistema constructivo; por ejemplo, las modificaciones no son las mismas si las celulaminas (1 ), se encuentran en la orilla de una edificación o cuerpo, que si se encuentran en la esquina de estos, o si se encuentran en la unión entre un plano vertical y uno horizontal, etc. ; dichas modificaciones obedecen a la necesidad de transmitir los esfuerzos externos que actúan sobre él sistema con la misma eficiencia hacia toda la estructura sin importar el plano o ubicación donde estos se ejerzan, de tal manera que el conjunto de celulaminas (1 ), opere a manera de sistema para lograr que cada elemento trabaje y absorba una porción del esfuerzo ejercido. Es decir, el esfuerzo aplicado sobre un punto cualquiera del sistema constructivo, es transmitido con tal eficiencia hacia toda la estructura y se pulveriza en pequeñas porciones para ser absorbido por todos y cada uno de los elementos estructurales que conforman la edificación o cuerpo, permitiendo así que esta adquiera una resistencia óptima y la facultad para absorber esfuerzos accidentales o no planeados gracias a que la edificación o cuerpo trabaja como una sola unidad capaz de absorber y transmitir esfuerzos sin importar dónde y cómo se ejerzan .
En las siguientes figuras se pueden apreciar las celulaminas (1 ) de forma especial, como anteriormente se ha mencionado, las cuales presentan modificaciones en función
del rol que desempeñan en el sistema, a continuación enlistaremos las variantes que existen:
La figura 14 muestra una celulamina "T" para la unión de pisos o techos con paredes interiores, como se puede observar en dicha figura, cada celulamina (1 ) mantiene la forma del cuerpo principal (2) con la finalidad de formar tres zonas hiperbólicas (C) entre las celulaminas (1 ) donde se lleva acabo el acoplamiento, logrando la propagación de la fuerza "F" sobre el cuerpo principal (2) de todas las celulaminas (1 ) que definen la estructura.
La figura 15 muestra una celulamina que sirve de remate para los bordes libres en pisos o paredes, para esta modalidad , la forma de cada celulamina (1 ) es la misma, con la diferencia de que la última celulamina utilizada (1 9), presenta una tercer tapa (20), la cual a su vez define una zona hiperbólica (D), la cual en conjunto con las otras zonas hiperbólicas (E), distribuyen la fuerza "F" en todas direcciones sobre toda la estructura. La figura 16 muestra la celulamina que se utiliza como unión de una pared seccionada por un piso, esta modalidad, utiliza un cuerpo principal (21 ), que presenta la misma configuración hiperbólica menciona para las celulaminas estándar (1 ) y hexagonales (1 1 ). A diferencia que dicho cuerpo principal (21 ) define en conjunto con las celulaminas (1 ), cuatro zonas hiperbólicas (F), las cuales distribuyen la fuerza "F" aplicada sobre alguna celulamina en todas direcciones sobre la estructura.
La figura 1 7 muestra la celulamina que se utiliza como unión de paredes exteriores con los bordes de los pisos o techos. Dicha modalidad , presenta una celulamina similar a la utilizada para remates (ver figura 1 5), a diferencia de que el cuerpo principal de dicha celulamina (22), comprende dos tapas (23), que definen zonas hiperbólicas (G), las cuales en conjunto con las zonas hiperbólicas (H) formadas por el conjunto de celulaminas inmediatos (1 ), trasmiten las fuerzas "F" sobre toda la estructura.
La figura 18 muestra la tercera modalidad de las celulaminas hexagonales que corresponden al otro tipo de celulamina estructural base (24). Cabe mencionar que dicha
celulamina estructural base (24) , presenta también un cuerpo principal en forma de hiperboloide (25) que define un fuste (26) en cada extremo libre del cuerpo principal (25). Dichos fustes (26) presentan un extremo sustancialmente circular (26a) que se proyecta hacia el exterior hasta definir una superficie substancialmente plana con seis pestañas externas (27). Es importante mencionar que dicha celulamina (24), trabaja de la misma forma que las celulaminas previamente mencionadas en la modalidad ejemplar de la presente invención , por lo que sus características estructurales son las mismas a excepción de las tapas.
Cada celulamina (24) de la tercera modalidad previamente mencionada, actúa como la unidad elemental del sistema constructivo, ya que también se trata de un elemento estructural hueco, hecho de lámina muy delgada que brinda una mayor resistencia. Por lo que los esfuerzos de tensión hiperbólico y circular, producto de la doble curvatura propia de la forma, propician el atezamiento de las generatrices rectas (25a) de los hiperboloides. Asimismo, sus micrométricas dimensiones hacen que las fuerzas de compresión y tensión únicamente puedan trabajar en un mismo plano, haciendo con esto que sólo se pueda trabajar a cortante ya que no existe la suficiente separación entre la cara exterior y la cara interior para que se produzcan momentos, además de esto, gracias a la forma del cuerpo principal (25) y al entrecruzamiento de las generatrices (25a) (ver figuras 20 y 21 ) que lo generan , hacen que cada partícula también posea la doble curvatura de los hiperboloides factor que hace que el material se comprima hasta compactarse, lo cual provoca que quede aprisionado entre ambas fuerzas y no pueda fluir hacia ningún lado, dando como resultado que sea extremadamente difícil que falle cada partícula y provoca que la única manera en que lo puedan hacer sea cuando el esfuerzo ejercido sobre cada una de estas supere las fuerzas de cohesión que mantienen unidas las moléculas del material.
La figura 1 9 muestra una vista en perspectiva de una estructura conformada de acomodar los elementos estructurales bajo una configuración hexagonal de celulaminas hexagonales (24), la cual se ocupa cuando se requiere mayor economía, ya que en el
sistema al estar unidas entre sí se emplea menor cantidad de material al tener integrado en sus pliegues extremos y pestañas el elemento estructural que corresponde a la tapa en la modalidad ejemplar y en la modalidad hexagonal con tapa. Para unir los fustes (26) simplemente se realizan cortes a las celulaminas (24) que se encuentran en las orillas de tal manera que estos se puedan enlazar entre sí, a través de las pestañas (27). A diferencia de las modalidades 1 y 2, para esta modalidad , las fuerzas "F" que absorben los esfuerzos externos se distribuyen a través de las 6 pestañas (27) que se forman en los extremos de los fustes (26), ya que al acoplarse con el fuste (26) de la celulamina inmediata, se forman bordes curvos (28) que transmiten los esfuerzos en todas direcciones sobre toda la estructura.
La figura 20 muestra una vista superior de una estructura formada por una pluralidad de celulaminas (24). En dicha figura se puede apreciar como las seis pestañas (27) de cada celulamina (24), hacen contacto con las pestañas (27) de cada celulamina (24) contigua, con la finalidad de que las generatrices (25a) que conforman el cuerpo principal (25), sigan una trayectoria continua sobre toda la estructura. Dicha trasmisión de esfuerzos se realiza de la misma forma que en la tapa de la modalidad ejemplar de la presente invención .
La figura 21 muestra una vista frontal de la estructura mostrada en la figura 20, en dicha figura 20 se muestra las generatrices (25a) las cuales siguen una trayectoria recta a lo largo de todo el cuerpo principal (25). Adicionalmente, se tiene que dichas generatrices (25a) de cada celulamina (24), hace contacto con las generatrices (25a) de cada celulamina contigua a través de los fustes (26), por lo que en cada punto de unión se definen los bordes curvos (28) que forman pliegues que permiten dar continuidad a las generatrices de cada celulamina (24), para poder trasmitir las fuerzas recibidas hacia cada celulamina contigua; por lo que tenemos que la presente invención actúa como un sistema, ya que una sola celulamina no permite realizar su función.
Una ventaja de la presente invención, radica en dotar a dichas celulaminas de unos pliegues colocados en la fibra extrema así como de un cuerpo de altura y proporción
determinada, con lo que se logra hacer que estas adquieran un peralte y dos placas que dan origen a un par resistente que capacita al sistema para resistir de manera óptima los esfuerzos principales de flexión.
Otra ventaja del presente sistema radica en la transmisión de esfuerzos en todas direcciones y sentidos, gracias a la forma de la celulamina se transmiten esfuerzos en 360 grados, al momento en que estos se acomodan con un orden determinado y se enlazan entre sí, esta característica permite la transmisión de los esfuerzos en todas las direcciones y sentidos dentro del sistema. Por otra parte, el sistema de plegado aprovecha la rigidez que producen los pliegues en vectores rectos atezados por doble curvatura ya que al crear la primera parte de la forma de la célula que denominados fuste (4) y que consiste de un hiperboloide de preferencia equilátero o que puede contenerse en un cubo al que se le ha practicado un corte cuadrangular o hexagonal (en el sentido de su rotación, o sea en el círculo generado), nos permite crear bordes hiperbólicos que dotarán al sistema de enlaces continuos con otros fustes que se requieren para el trabajo de conjunto, estos enlaces quedan conformados a manera de pliegues; Para lograr el trabajo adecuado para que el sistema quede capacitado para recibir esfuerzos principales de flexión se ha creado la segunda parte de la célula que consiste en un crucero de pliegues que operan como fibra extrema y que se unen al fuste de la misma por el pliegue hiperbólico del que hemos hablado antes y lo hace mediante cuatro o seis segmentos hiperboloides creando así la célula completa.
Otra ventaja del presente sistema es la creación de huecos generados entre células, que capacitan al sistema para el paso de toda clase de instalaciones como ductos multidireccionales o como recipiente de fluidos. Esta característica es la razón original que generó este sistema constructivo.
Otra ventaja del presente sistema es que las celulaminas presentan dos huecos. El primer hueco es el mencionado en el punto anterior que surge por la unión de celulaminas y el segundo es el propio de cada celulamina, el que se forma entre la tapa y el fuste, y es el que permite el aislamiento contra el ruido y temperatura mediante vacío o
igualmente puede ser utilizado como recipiente de materiales adecuados para ello. Finalmente, el sistema constructivo de la presente invención, es un sistema que tiene la ventaja de la alta ligereza, misma que proviene de lo delgado y poco material de la lámina, siendo esta una de las características más importantes de este sistema constructivo.