Detalles Constructivos de Las Tensoestructuras

7/22/2019 Detalles Constructivos de Las Tensoestructuras

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Tens - Mvd 2011 - J.Llorens: LOS DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LAS TENSO-ESTRUCTURAS 1

LOS DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LAS TENSO ESTRUCTURAS.

Jos Ignacio de Llorens Duran, Dr. Arquitecto, Escuela de Arquitectura de Barcelona,Espaa: [email protected]

El desarrollo reciente de las tenso estructurases espectacular. Lo atestiguan, no solamentesus aplicaciones como elementos de cubierta,fachada o revestimiento, sino tambin lasobras que las utilizan como sistemaconstructivo principal. De entre los muchosaspectos que reflejan este desarrollo, puedencitarse la aparicin de nuevos materiales, laaplicacin progresiva de los principios de lasestructuras tensegrity o las grandesinstalaciones propiciadas por loscampeonatos mundiales, los juegos olmpicos

y las exposiciones internacionales, como larealizada recientemente en Shanghai.

Sin embargo, algunos aspectos bsicos sonobjeto todava de investigacin, tal comopuede comprobarse en las ponencias que sepresentan a los congresos y la bibliografaespecializada. De entre ellos, los detallesconstructivos no constituyen todava unadisciplina conocida y bien documentada, apesar de que forman parte substancial delproceso de diseo e influyen mucho en el

resultado final.

En esta ponencia se presenta unametodologa de diseo de los detallesconstructivos de las tenso estructuras, que sebasa en la consideracin de los principios queregulan su comportamiento y elreconocimiento previo de los requerimientosque deben satisfacer, tomando enconsideracin el contexto y las caractersticasespecficas del proyecto del que formanparte.

En la primera parte de la ponencia semencionan estos principios y requerimientosde proyecto del detalle constructivo y en lasegunda se presenta la tipologa ilustrada conejemplos concretos situados en su contexto.No se muestran como soluciones definitivasuniversales para recortar y pegar, sino comoreferencias informativas que ilustransoluciones concretas. De este modo se podrcomprobar si el detalle es adecuado para

aceptarlo, corregirlo o adaptarlo a cada casoparticular, o incluso optar por la elaboracinun detalle original.


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2. El proceso de diseo de las tenso-estructuras

El proceso de diseo de las tenso-estructuras puede resumirse en las fases siguientes:

2.1. Informacin previa: programa, emplazamiento, dimensiones, lmites, materiales ymedios disponibles.

2.2. Anteproyecto: establecimiento de la forma, curvatura y desage, caractersticasarquitectnicas, relacin con el entorno, puntos de apoyo y anclaje

2.3. Determinacin de la forma

2.4. Clculo estructural. Obtencin de tensiones y deformaciones. Dimensionado.

2.5. Estrategia medioambiental, acondicionamiento e instalaciones: iluminacin natural yartificial, acondicionamiento trmico, acondicionamiento acstico, resistencia al fuego,cableado, energa incorporada, emisiones, residuos.

2.6. Patronaje

2.7. Detalles constructivos

2.8. Especificaciones relativas a los materiales, la puesta en obra, el control y las tolerancias

2.9. Plan de inspecciones y mantenimiento

2.10. Medicin y presupuesto.

Aunque el proceso de diseo sigue la secuencia indicada, son necesarias vueltas hacia

atrs para analizar la incidencia de las decisiones que se van adoptando a lo largo delproceso o modificar las decisiones anteriores si no conducen a resultados aceptables.Algunos ejemplos de lo primero son las iteraciones necesarias para introducir en el modelode clculo el tamao y la deformabilidad de las uniones y los refuerzos, as como lascosturas y la direccin de las fibras. Y un ejemplo de lo segundo es la reconsideracin a quesuele dar lugar el conocimiento del coste de ejecucin.

Obsrvese que los detalles estn mencionados en una de las partes del proceso de diseopero estn vinculados al conjunto del que forman parte y de sus caractersticas tales comoel tamao, la magnitud de los esfuerzos, la direccin de las cargas, la deformabilidad, laexperiencia del proyectista, los materiales, el presupuesto, el estilo o la complejidad.

Puede observarse esta relacin analizando casos particulares. A nivel de proyecto, losdetalles estn sometidos a sus requerimientos y recprocamente, cuando la obra estconstruida y en servicio, su comportamiento depende a su vez de las caractersticas de losdetalles. Puede afirmarse que el detalle constructivo no solamente se deriva del conceptogeneral, sino que acaba configurndolo.

Por ello, la tipologa que se incluye a continuacin est ilustrada con ejemplos concretossituados en su contexto, que no se presentan como modelos, sino como referenciasinformativas comentadas. No se trata de utilizarlas para recortar y pegar, sino de estudiar elconjunto del que forman parte (que se puede encontrar en la bibliografa) y de considerar lasobservaciones que se formulan. De este modo se comprobar si el detalle es adecuado, sise tiene que corregir o adaptar o si es mejor elaborar un detalle original.


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3. Principios y requerimientos de proyecto de los detalles constructivos de las tenso-estructuras.

Terminal martima de Alicante. J.Lastra, G.Capelln & R.Miana, 2003. Aeropuerto de Izmir. I.Sariay, 2006

3.1. Expresin visual: los detalles constructivos quedan a la vista y, junto con la membrana

y los soportes estructurales, forman parte significativa del aspecto de las tenso-estructuras,.Hay que tener en cuenta tanto la coherencia, homogeneidad, ligereza y sencillez (que nodependen solamente del peso), como el equilibrio, la proporcin y la suavidad de lastransiciones, porque acaban configurando el resultado global. De todo ello se deduce elestilo formal resultante, que puede oscilar desde la sobriedad, la elegancia, el clasicismo oel racionalismo, hasta el decorativismo exhibicionista, la high-tech e incluso eldeconstructivismo desconcertante, tal como se puede comprobar en los ejemplos que sepresentan a continuacin. Hay que tener en cuenta adems, que los aspectos visuales nosolamente expresan la forma, sino que tambin son indicadores de la idoneidad tantoestructural, como tcnica y funcional.

3.2. Requerimientos estructurales: resistencia, redundancia, estabilidad, flexibilidad ycompatibilidad de deformaciones. Se pueden controlar al realizar el anlisis de la estructurasiempre que se hayan introducido en el modelo de clculo.

Esquinas solapadas o cerradas: (izquierda) los cables de borde estn articulados y se pueden ajustar, (centro)no estn articulados pero se pueden ajustar, (derecha) estn articulados pero no se pueden ajustar.

3.3. Geometra: los recursos resistentes de las tenso-estructuras no se basan solamente enla resistencia de los materiales, sino que tambin dependen de la geometra, el pretensado,y las deformaciones, de manera que las formas tienen que ser funiculares, es decir, tienenque seguir el recorrido de las cargas. Adems, las uniones tienen que permitir a menudogiros y desplazamientos, no solamente para transmitir las cargas, sino tambin para aplicary mantener del pretensado.

Otras implicaciones geomtricas del diseo son la necesidad de prever espacio suficiente(para que quepan todos los accesorios y se puedan producir las deformaciones y ajustesnecesarios), los cambios de escala, (que no solamente afectan a las dimensiones) y la

necesidad de coordinacin (para que las aberturas, distancias, dimetros y espesores seadapten entre s).


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3 Capas para mejorar el acondicionamiento trmico y el comportamiento acstico. Aeropuerto de Bangkok:interior y detalle constructivo. Murphy & Jahn, Arquitectos, W.Sobek, Ingeniero, 2006 (Detail 5/2006)

3.4. Clima, medio ambiente y sostenibilidad: las tenso-estructuras se han utilizado muchopara instalaciones temporales, por lo que se han cuidado ms la estanqueidad y la

durabilidad, (que afectan mucho a las uniones), que las prestaciones trmicas y acsticas.Sin embargo, en muchas de las aplicaciones recientes, como por ejemplo el aeropuerto deBangkok o el Dedmon Centre de Radford, se han empezado a considerar estos aspectosporque las tenso-estructuras han empezado a competir con la construccin convencional.

Desde el punto de vista medioambiental, las caractersticas de las tenso-estructuras sonfavorables porque son ligeras y reciclables, (exceptuando en algunos casos la cimentacin).Para ello, las uniones, adems de regulables (para facilitar el montaje y mantener elpretensado), han de ser desmontables, con objeto de facilitar la recuperacin. Dice F.Ottoque las membranas atirantadas son los edificios ms ecolgicos porque pueden desparecerfcilmente sin dejar rastro.

Anillas (izquierda) y terminales de cable con guardacabos (derecha) auxiliares para el montaje de la cubiertaestacional del castillo de Savonlina, Finlandia.

3.5. Construccin: las tenso-estructuras son estructuras prefabricadas que se montan enobra. Para ello las uniones se han de poder realizar en obra, aplicando el pretensado yregulando las tensiones. Algunos de los dispositivos que se requieren son articulacionesprovisionales o definitivas, sujeciones auxiliares, mecanismos regulables y accesibilidad,que facilitar ms adelante el mantenimiento y la deconstruccin. Hay que tener en cuentaadems que, durante las operaciones de montaje, se producen grandes cambios de

geometra que requieren posiciones intermedias.

4. Tipologa de los detalles constructivos de las tenso-estructuras


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A partir de la tipologa elaborada por J.Monjo (1991) y R.E.Schaeffer (1996), junto con lasexperiencias realizadas y la investigacin llevada a cabo, se presenta la tipologa siguiente:

4.1. Costuras y juntasde taller (cosidas, soldadas) y en obra (encoladas, acordonadas,empresilladas, soldadas).

El procedimiento tradicional de unir diferentes paos de un tejido es la costura. Secaracteriza porque transmite las cargas que circulan a travs de las fibras, requiere,perforacin de la tela, impermeabilizacin de la costura y proteccin del hilo

La tendencia actual consiste enconfeccionar las cubiertas de una sola pieza. La cubierta del acuario de Almucar, que semuestra en esta ponencia, est montada con una sola pieza de 700 m2 y Matti Orpana harealizado en Finlandia una cubierta presosttica con una sola pieza de 12.960 m 2. Sinembargo, es frecuente que se necesiten juntas en obra para unir las diferentes partes

mediante acordonado, empresillado, soldado o encolado.

Fases del acordonado manual de una junta del circo tradicional. Para realizarla hay que acceder a la cubierta,pero para deshacerla, basta con separar desde abajo las dos partes y estirar.

La unin tradicional se realizaba acordonando la junta, tal como se sigue haciendo en loscircos. Una solucin actual consiste en empresillar la unin con pasamano atornillado. Sulongitud depende de la curvatura de la junta, ya que, con poca curvatura, se pueden utilizarpasamanos ms largos.

Empresillado atornillado de junta a realizar en obra: planta (izquierda), seccin (centro). Debe realizarseestirando los bordes para que el atornillado se realice con la deformacin que producir el pretensado. En casocontrario, las pletinas atornilladas impedirn que el borde se estire al pretensar y aparecern arrugas.

Las uniones soldadas en cambio, conectanindirectamente a las membranas porque lasoldadura se hace entre revestimientos.Dependen de la adherencia entre elrevestimiento y las fibras, son estancas y

no requieren proteccin adicional.Adems, se ha comprobado recientementeque, mientras el comportamiento de lasuniones soldadas es plstico, el de lascosturas es elstico hasta la rotura, por loque su capacidad de redistribucin de lastensiones est ms limitada.


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4. 2. Bordes perimetralesflexibles (sin refuerzo, reforzados con dobladillo, cinta, cuerda,cable interior o cable exterior), semi-libres (con elementos de transicin) y rgidos (tubo,perfil, empresillados, canal, gua).

La rigidez de los bordes influye en el estado tensional y la forma de la membrana. Losbordes flexibles se deforman, con lo que relajan las tensiones aumentando la curvatura.

Al aumentar q aumenta la traccin del cable de borde de T1a T2por lo que se alarga 2> 1,aumenta la flecha f2> f1y se reduce el radio R2< R1, lo cual produce un relajamiento de latensin T3> T2.

Para luces inferiores a 3 o 4 m, el borde flexible de la membrana puede carecer de refuerzo

o bastarle el dobladillo. A partir de 4 m, se refuerza introduciendo un cable o cordn en elinterior del dobladillo o relinga perimetral. La anchura de esta relinga depende del dimetrodel cable o cordn para que el ngulo no supere los 15 con tejidos de polister ni los 6con fibra de vidrio, para evitar que se despegue. Una alternativa al cable o cordn interior esla cinta de refuerzo soldada por el exterior o introducida en la relinga perimetral. Las cintasno son resistentes a los rayos ultravioletas, por lo que tienen que quedar protegidas de laradiacin solar.

Para luces mayores de 6 m, el cable tiene que colocarse en el exterior para que se puedadeformar independientemente de la relinga perimetral puesto que, para valores altos de latensin, las deformaciones son diferentes. En este caso, las fuerzas pasan de la membranaal cordn perimetral, del cordn perimetral a las presillas, de las presillas a los conectores y

de los conectores al cable exterior.

Bordes flexibles de la cubierta del acuario deAlmucar. Estn reforzados por un cable

alojado en el interior de la relinga perimetral.

La membrana carecede refuerzo.

El cable de borde colocado al exterior sedeforma independientemente.

Una alternativa al cable ocordn es la cinta derefuerzo cosida a soldada.

El borde se puede reforzarintroduciendo un cable enla relinga perimetral.


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En el Grande Bigo de Gnova los conectores al cable exterior son tensores regulables que permiten calibrar laseparacin punto por punto (Renzo Piano, Ove Arup & Canobbio, 1991)

Los bordes rgidos se deforman muy poco, por lo que no producen el efecto deamortiguamiento mencionado de los picos de tensin, debidos por ejemplo a una rfaga deviento o la nieve acumulada.

Existen varios procedimientos para resolver de forma continua la unin del borde de lamembrana con un elemento estructural rgido, como por ejemplo un tubo o perfil. El borde sepuede empresillar y atornillar de manera que la tensin se transmita de la membrana alcordn perimetral, del cordn a la presilla, de la presilla a los tornillos y de los tornillos alpasamanos, placa, cartela o perfil. Debe tenerse en cuenta que:

a) la perforacin de la membrana debe quedar holgada para evitar que se desgarre

b) el cordn debe quedar en contacto a lo largo de toda la presilla para evitar que lamembrana transmita cargas directamente a los tornillos.

c) Las aristas de las presillas y de las placas que vayan a quedar en contacto con lamembrana deben estar redondeadas para evitar cortes.

d) La colocacin de las presillas y su atornillado deben realizarse con la membrana estirada,en la direccin longitudinal del borde.

e) La longitud de las presillas puede variar de 100 a 1000 mm de acuerdo con la curvaturadel borde: a mayor curvatura, menor longitud y viceversa.

f) la separacin entre presillas tambin depende de la curvatura. Debe determinarse demanera que no se toquen por efecto de la curvatura del borde.

Otro procedimiento de unir continuamente la membrana a un borde rgido es mediante unagua keder que atrapa al cordn previamente introducido en la relinga perimetral. Un caso

particular de este modo de unin es el de los cojines hinchados de ENFE, como los de laAllianz Arena de Munich.

Borde atornillado y empresillado

a la laca o erfil estructural.

Borde continuo mediante gua

keder.

Unin continua a perfil rgido de

co n inflado de ETFE


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4.3. Aristas: lima tesas colgadas, lima tesas apoyadas, lima hoyas atirantadas y lima hoyasapoyadas.

La cubierta del Acuario de Almucar se apoya sobre tres lima tesas formadas por 2 tubos 120 x 5 mm

Cubierta del Polideportivo de Sant Esteve empujada por cuatro lima hoyas formadas por 2 tubos 200 x 8 mm

4.4. Esquinas: exteriores o abiertas y solapadas o cerradas

Pabelln para BMW, Feria de Frankfurt, W.Sobek, (Detail 8/1996). En este pabelln, loscables de borde transmiten las cargas a los mstiles exteriores mediante terminales dehorquilla. Las cintas de refuerzo estiran la membrana en la direccin del cable, impiden quese arrugue y transmiten los esfuerzos tangenciales. Obsrvese que ambos (los terminalesde los cables y de las cintas) estn articulados a la placa de esquina, que est apoyada yarticulada al mstil exterior.

La membrana se corta formando un sector circular que aloja al mstil exterior y losaccesorios mencionados. Lleva un refuerzo de 1 m hacia el interior. Es conveniente, enestos casos en los que el punto de contacto acaba teniendo unas dimensionesconsiderables, introducirlo en el clculo para valorar su incidencia en las tensiones y lageometra.


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4.5. Puntos altos y bajos. Las cargas que circulan por la superficie de la membrana seconcentran hasta llegar al punto de unin. Como la tensin superara fcilmente el valoradmisible, hay que recurrir al ensanchamiento del punto, (que se convierte en un crculo demayor o menor dimetro), y al refuerzo de la membrana.

El esfuerzo a transmitir dividido por la tensin admisible de la membrana y por el nmero de capas proporciona elvalor del permetro necesario. El traspaso de la carga se realiza a travs de un anillo y la conexin se aseguramediante presillas concntricas atornilladas (izquierda) o el contacto directo (centro y derecha).

4.6. Placas de anclaje: bases de mstiles y de anclajes. Suele ser favorable que las basesde los mstiles estn articuladas para facilitar el montaje y para que no transmitanmomentos a la cimentacin. Sin embargo, puede interesar en algunos casos, que estnempotradas.

4.7. Anclajes: activos (pretensados) y pasivos superficiales (estacas, pilotes, pozos,zapatas, elementos de pantalla, tablestacas, macizos, bolsas, tubos) o profundos (placas,hlices, perfiles, emparrillados, troncos, barras o macizos).

Placa de anclaje mediante barras inyectadas perforadas en la roca de la tensoestructura del Baluart de SesVoltes, Palma de Mallorca.

En el Grande Bigo deGnova (izquierda) y losptalos del Pabelln deVenezuela Hannover, 2000(centro y derecha), lasesquinas obtusas admiten lacontinuidad del cableperimetral. Se simplifica launin y se facilita elpretensado.


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5. El web de detalles constructivos de las tenso-estructurashttp://sites.upc.es/~www-ca1/cat/recerca/tensilestruc/portada.html

El grupo de investigacin del autor, del que forman o han formado parte Ll.Beds,R.Irigoyen, A.Olmos, D.Pea, N.Rodrguez y E.Vivas, ha elaborado una pgina web dedetalles constructivos que se encuentra abierta en la direccin indicada. Contiene cuatroapartados y dos enlaces:

Accesorios: recoge un prontuario de guardacabos, grapas, manguitos, terminalesde cable, grilletes, mosquetones anillas, palomitas y tensores indicando lasdimensiones y resistencia.

Detalles constructivos: costuras y juntas, bordes perimetrales, aristas, esquinas,puntos altos y bajos y placas de anclaje.

Anclajes: definiciones, caractersticas y tipologa: anclajes superficiales (estacas,ganchos, barras inyectadas, pilotes, micropilotes, elementos de pantalla, bloques,sacos y tuberas) y enterrados (troncos, tubos, perfiles, emparrillados, placas,

flechas, hlices y bloques).Bibliografaclasificada por temas.

Enlaces de inters

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Direccin de contacto: [email protected]

6. Bibliografa

ASCE Standard, 2010: Tensile Membrane Structures

E.Bubner, 1997: Membrane construction. Connection details. Druckerei Wehlmann GmbH,Essen

A.Capasso, 1993. Le tensostrutture a membrana per larchitettura. Maggioli Editore, Rimini

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