Tensoestructuras a través del tiempo

Reseña HistóricaArquitectura Textil es un término moderno que se utiliza para denominar aquellas estructuras cuyo elemento principal es una tela flexible que se sustenta mediante soportes rígidos o mástiles al suelo. Numerosos autores describen acerca de los antecedentes históricos de las estructuras tensadas. Según la definición anterior, las tiendas forradas de piel son posiblemente el más antiguo y sencillo ejemplo de arquitectura textil. Estas tiendas se utilizaban cuando se requería una continua movilidad, gracias a su sencillez de construcción. Las tiendas más antiguas conocidas provienen de Liberia, Laponia, Islandia y Alaska, y se utilizaban como escudos contra el viento helado. Los cazadores nómadas ya utilizaban pieles de animales colgadas dehuesos largos o de ramas. Aunque las primeras evidencias del uso de este tipo de tiendas datan de hace 40.000 años, hasta hace 10.000 años no se incorpora la tela como elemento cobertor de las mismas.

La forma ideal para la tienda es el cono, ya que permite soportar vientos extremos y facilita su ventilación interior. Este tipo de tiendas seencuentran en todo el hemisferio norte. Para su construcción se disponían ramas verticalmente formando un cono, uniéndose entre sí en la parte superior. La parte inferior se cubría con la tela, dejando abierta la parte superior parapermitir la salida de humo. La tienda india americana, también llamada Tipi, se considera una referencia en diseño estructural. El diseño anterior se mejoraba mediante la incorporación de unas láminas textiles en la parte superior, que podían orientarse para aprovechar la dirección del viento y facilitar así la ventilación. Otra mejora fue la incorporación de un forro interior y una tela exterior, creando una zona intermedia que servía de aislante. La parte interior cierra contra el suelo y la parte exterior queda abierta en la zona inferior. De este modo, se crea una corriente de aire frío que entra desde la parte inferior arrastrando el humo, que sale por la parte superior a través de las láminas orientables. Mientras los nativos americanos perfeccionaban el diseño en forma de cono, los habitantes del desierto, como beduinos o bereberes, utilizaban las tiendas negras. Su nombre proviene del pelo negro de cabra que utilizaban para confeccionar las telas. Este

Tiendas con forma de cono

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tejido permite el paso de aire a través deellas, a la vez que ofrece sombra en climas extremadamente calidos y áridos.

Las tiendas negras utilizan las mismas carac- terísticas que se utilizan hoy en día en las estructuras tensadas. La tela es tensada mediante cables que pueden amarrarse al suelo o bien a mástiles que transmiten las cargas a los anclajes.

Utilización de telas tensadas en otros camposPuede decirse que la tienda rusa, conocida como Yurta, es la más lujosa de las construcciones de las tribus nómadas, dando calor y confort en uno de los lugares más fríos del planeta, como es la estepa Siberiana. Emplea una estructura rígida vertical en las paredes, siendo la parte superior cónica y abierta para facilitar la salida de humo y recubierta, posteriormente, con telas.

Tienda rusa, Yurta

Evidentemente, las telas tensadas no se utilizan solamente para llevar a cabo estructuras tensadas. Existen otros campos que hacen uso de telas tensadas, como pueden ser las velas de embarcaciones, los globos aerostáticos o los primeros aeroplanos, que se podrían incluir también en los orígenes de la arquitectura textil.

Tienda india americana. Tipi.

Tienda negra

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fueron las carpas de circo. La carpa del “Chapiteau”, con 50 metros de diámetro, se apoyaba en dos mástiles centrales en torno al centro de la pista. La tela caía sobre el borde perimetral, formado por soportes que transmitían la tensión mediante cables al suelo. Entre estos soportes perimetrales y los 2 mástiles centrales existía otra zona de soportes intermedios que rodeaba la carpa, cuya función por el viento. Otras carpas para circo llegaron a cubrir superficies de hasta 8.000 m2 y albergar hasta 10.000 espectadores, como es el caso del famoso circo de las 3 pistas.

Carpa de circo

Las estructuras velarias lograron manifestarse en la cultura Romana, no precisamente como

Los primeros principios de la arquitectura textil provienen de la transferencia de la tecnología de navegación a vela. Los coliseos romanos y anfiteatros se cubrían a menudo con estructuras de tela retráctiles, sujetas mediante mástiles y cables, que asemejaban las velas de los barcos.

Estructura retráctil

A finales del siglo XIX, y gracias al desarrollo industrial, fue posible fabricarfibras y telas de mayores dimensiones que podían ser plegadas y trasladadas fácilmente. Un claro ejemplo de aplicación de estas telas

Utilización de telas tensadas en otros campos

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para proyectar sombra a dichos asistentes, es donde se aprecia la estructura. Una estructura velaría es aquella que por medio de componentes, anclas, poleas, cables tensores y una lona, logra mantenerse en pie y no es removida por el viento ya que los cables tensores impiden su desprendimiento. Recordemos ahora a cerca de las batallas entre gladiadores, para ver de donde provienen estos espectáculos de lucha. Necesitamos ver a los etruscos, en cuyas batallas se aprecian las estructuras de forma y función igual, ahora destaca la calidad en su rasgo estético dado que entre los asistentes arribaban los patricios cuales poseían una estructura más completa donde aparecen cuatro postes en forma de rectángulo sosteniendo una decorada tela que proveía de sombra a estas personas y ahora también proporcionaban un espacio más exclusivo a sus ocupantes. En estos aspectos podemos ver como se manifestaron este tipo de estructuras con el único propósito de satisfacer las necesidades surgidas durante la diversión del pueblo.Mientras en roma sucedía esto, en Grecia encontramos un enfoque distinto pero con la misma función de estas estructuras. Ahora dirigimos la atención hacia la economía del

tales, pero aparecen en distintos rasgos que forman parte de la vida cotidiana y tradiciones de los pobladores de este lugar. Entre estas se encuentran las actividades realizadas para divertirse como el circo romano y los combates de gladiadores. El circo romano era la instalación más grande que se destinaba a la diversión de los ciudadanos junto con el teatro y anfiteatro. En éste se representaban batallas verídicas del imperio, era un recinto alargado con remates circulares en los extremos y la arena era dividida por la mitad con columnas o estatuas, el espectáculo se ofrecía y aquí es donde aparecen nuestras estructuras velarías. En el caso del coliseo Romano la tela implementada para la estructura velaria era lino. Al momento de la representación los espectadores tomaban un lugar en donde, por medio de varas de madera se hacía colgar telas

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pueblo la cual era la más avanzada y poderosa del mundo en ese periodo, la economía está basada en la producción y comercialización de productos, los cuales a su vez se subdividía en comercio marítimo y al por menor; en la cual aparecen las estructuras velarías por una parte en las velas de los barcos, la cual es la base fundamental para su creación y por otro lado aparecen los comerciantes los cuales delimitan su espacio mediante madera y pedazos de tela para evitar extraviar sus propiedades en el mercado, lo que ahora conocemos como tianguis. Es así como las estructuras se manifiestan en las diferentes épocas y no es sino hasta la época de los 50´s que un ingeniero Alemán comienza sus primeras investigaciones basado en cubiertas de este tipo, es así como la cultura romana y griega mediante la satisfacción de sus entonces necesidades nos aportan un sistema constructivo relativamente nuevo el cual es de interés actual y representa una demanda en ascenso en la arquitectura contemporánea.Se considera que la arquitectura textil contemporánea comienza después de la segunda guerra mundial. En 1952 se construye el Raileigh Livestock Arena, en North Carolina, USA. El edificio está formado por un par de arcos cruzados que forman 20º sobre la

horizontal. Los 95 metros que separan dichos arcos están cubiertos mediante cables tensados que se entrecruzan entre si, formando una superficie con doble curvatura en su interior.

Raileigh Liverstock Arena, North Carolina, USA, 1952.

A partir de esta construcción comienza a extenderse el uso de estas formas singulares, siendo las exposiciones universales los espacios que servían de prueba para llevar a la práctica nuevas ideas y técnicas. El arquitecto alemán Frei Otto comenzó a desarrollar y construir un gran número de formas libres con doble curvatura entre 1955 y 1965. Su primera

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gran obra fue el Pabellón Alemán de la Exposición Universal de Montreal de 1967 , lo cual supuso una ruptura radical a nivel estructural y de formas con cualquier construcción anterior. 10.000 metros cuadrados de fibra de poliéster y mástiles a diferentes alturas fueron utilizados para recrear formas irregulares a lo largo de un lago. Numerosas maquetas y modelos a escala fueron construidos hasta llegar a conseguir las formas deseadas, que dependen del comportamiento estructural del material.

Frei Otto

Unos años más tarde, en 1972, se construía el estadio olímpico de Munich en Alemania. Este proyecto significó un nuevo reto de diseño, yaque las maquetas y modelos físicos empezaron a ser sustituidos por modelos computacionales para poder justificar el comportamiento estructural. Modelos no-lineales se utilizaron para simular el comportamiento de las telas tensadas y

generar los patrones de corte de las superficies.

Pabellón Alemán para la Exposiciónuniversal de Montreal, 1967.

Estadio olímpico Munich,1972..

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El origen de las velarias y tensoestructuras se remonta a muchos años atrás cuando el hombre primitivo abandono las cuevas y comenzo a ser nomada buscando su subsistencia. Por medio de pieles troncos y huesos confecciono sus primeras refugios moviles cuya antigüedad se remonta a los 15 mil años.

En las tierras de américa siglos despues se logro un tipo de refugio en Norteamerica llamado “Tipi” hecho de varillas de madera y pieles de bufalo, lo cual les daba abrigo de la intemperie. años.

Inicialmente se utilizaron pieles de animales para la creación de las estructuras. Los tejidos se empezaron a aplicar tan solo 3000 años después. La arquitectura textil es uno de los métodos mas antiguos que el hombre conoce para protegerse contra las condiciones climatológicas adversas o contra animales de rapina.

Durante el imperio Romano también aparecen las tensoestructuras para cubrir los circos de aquella época antigua, tal es el caso del coliseo Romano donde fueron usadas en las gradas para dar sombra con varas de madera y velarías de tela de lino

En Asia central los nomadas de la actualidad utilizan unas estructuras llamadas “Yurts” hechas de madera y recubiertas de fieltro. Su facilidad de armado hace común el uso de estos refugios.

En la década de los 50’s el Ingeniero-Arquitecto alemán Frei Otto, comienza sus primeras experimentos con cubiertas de cobertizo ligeras. Otto fundó el famoso Instituto para estructuras ligeras en la Universidad de Stutgard en 1964 y la encabezó el mismo hasta su retiro de la vida académica. Elaboró de 1967 al 2004 importantes obras de cubierta ligera, a base de acrílico y lona con formas curvas y de doble curvatura.

Frei Otto , Walker

1957 Shelter Pavilion en la Exposición Federal del Jardín.Frei Otto se encarga de la realización del Shelter Pavilion (pabellones) en la Exposición Federal deJardín, en Colonia (Alemania).

1952 Pabellón de la músicaFrei Otto se hace cargo del “Pabellón de música”, en el modo de a mariposa en Kassel (Alemania),trabajando con un tienda‐fabricante principal.

el pabellón de la República FederalAlemania para la Expo '67 en Montreal (Canadá). Esto significó un triunfo internacional como arquitecto eingeniero de diseño.

1966/1967Pabellón de la República Federal Alemana para la Expo ’67.

Realiza entre estos años, en colaboración con Rolf Gutbrod,

1966/1967Institutopara estructuras ligeras en StuttgartEn su diseño participaron Frei Otto con Berthold Burkhardt, FriedemannKugel, Gernot Minke, Bodo Rasch.R1

1969/1970 “Cubiertas de la Federal Garden Exhibition” de Colonia, Alemania. Frei Otto

1970/71 Proyecto de una ciudad en el ártico.R2

Frei Otto , Walker

Centro de conferencias en la Meca (Frei Otto y Rolf Gutbrod). (Walker, 1997: 74 y Happold, 1990: 42)

1967Pabellón de Alemania. Montreal. Frei Otto, Fritz Leonhardt y Andrä.

1972 Parque Olímpico de Munich. R3.

1973 - 1975Cubierta del Pabellón de Manheim, . (Walker, 1997: 88).

1974 - 1977Proyecto Kocommas, maqueta. Arabia Saudí, . (Walker, 1997: 68).

1977 Sombrillas para conciertos de Pink Floyd. R4.

Frei Otto , Walker

1975Cubierta para British Petroleum. (Walker).

Centro deportivo para la Universidad King Abdul Aziz, (Walker, 1997: 64).

1993Mezquita del Profeta Sagrado. Medina, (Walker, 1997: 66).

1976 – 1979

1993Prototipo de parasoles de la Mezquita del Profeta Sagrado. Medina. (Walker, 1997: 66).

Desarrollo de modelos físicos para el diseño de estructuras ligeras. (Walker, 1997: 60).

-R1-Su concepción surge como una estructura de ensayo para el pabellón de laExpo Montreal’ 67. De esta manera Otto pudo, a través de escalas reales,investigar y adjudicar las técnicas de desarrollo e instalación de la cubierta,entre otras cosas.La estructura consistía en dos redes simétricas anti clásticas ( con forma de silla a montar) que tienden a cada lado de un mástil de dimensiones de 17 m de altura y 42 cm de grosor. Son restringidas por cables y pernos de anclaje. Entre éstas existe un gran espacio que se encuentra cubierto por una tercera red. La disposición ensayada ocupaba 460 metros cuadrados, constituyendo un 6 % del tamaño del pabellón de Montreal.Luego de ser utilizada como modelo de prueba; en 1967 le fueron hechos arreglos para ser transformada en un edificio que actualmente forma parte del Instituto.-R2-La búsqueda de recursos en entornos tan hostiles como el ártico genera un buen punto de partida para el desarrollo de las utopías climáticas. En este caso Frei Otto (diseño estructural) se une a Kenzo Tange (planeamiento urbano) para diseñar una envolvente continua transparente de unos 3Km2 de superficie (que ya había sido construida en menor tamaño en el pabellón de US de Osaka70) bajo la cual se gestiona un modelo de ciudad de baja densidad a modo de pequeña ciudad jardín climatizada.Este proyecto supone la culminación de la experimentación de Frei Otto sobre entornosclimatizados a partir de grandes coberturas textiles.-R3-El Estadio Olímpico de Múnich es un estadio olímpico ubicado en la ciudad de Múnich, capital del estado de

Referencias

Frei Otto, Walker

Baviera al sur de Alemania. Se construyó para albergar los Juegos Olímpicos de Múnich 1972. Este estadio de fútbol quedó en el puesto 51 para ser de las siete maravillas del mundo moderno, demostrando lo hermoso que este estadio es. Es diseñado por el arquitecto alemán Gunter Behnisch, la construcción se inicia en1968, estando completamente terminado en 1972 con una capacidad inicial de 80.000 espectadores, se han disputado eventos de todo tipo. La calidad arquitectónica de la cancha es evidente por el hecho de que casi 40 años después de su finalización, el techo de Frei Otto parece tan moderno como el día que es inaugurado. La cubierta textil diseñada por Frei Otto es una estructura de malla de cables pretensados, ocupando 75.000 m²en planta alta, denominado el techo volador. Este estadio de fútbol quedó en el puesto 51 para ser de las siete maravillas del mundo moderno, demostrando lo hermoso que este estadio es. La cubierta está suspendida de 12 mástiles de acero articulados, de diferentes alturas. Una red de malla rectangular de cables pretensados, separados en ambos sentidos 75 cm y con ángulo de intersección variable, permite adaptarse a las curvaturas de la cubierta.El cierre de la estructura consiste en una lámina de poliéster revestida de PVC, de 2,9 x 29 m y 4 mm de espesor. Para evitar que se produzcan deformaciones a causa de la variación de la temperatura, descansa sobre válvulas de neopren.-R4-Sombrillas para el escenario para una gira de Pink Floyd en 1978. Fueron construidas con telas de algodón, tenían cuatro metros y medio de diámetro.

Nuevos materiales

Proceso de asimilación y dominio de los nuevos materialesDentro del análisis del origen de nuevas formas como consecuencia de la aparición de nuevosmateriales resulta revelador valorar el proceso de asimilación y dominio que éstos siguenhabitualmente. Inicialmente, cuando aparece un nuevo material, las formas y tipologías estructurales que adopta reproducen los sistemas precedentes, característicos de los materiales existentes, sinaprovechar ni expresar las posibilidades que el nuevo material ofrece. Es lo que se podríadenominar una fase inicial de descubrimiento y experimentación del material. Poco a poco, la experimentación con el nuevo material y el aumento del conocimiento y control de sus características y propiedades llevan al planteamiento de nuevas formas y sistemas, acordes con las posibilidades que éste ofrece. Se supera la desorientación inicial y se desarrollan tecnologías apropiadas al nuevo material, logrando la adecuación de materiales, estructuras y formas. Es en esta fase de conocimiento y madurez donde aparecen nuevas formas y tipologías, que afirman las condiciones intrínsecas y específicas del nuevo material, en proyectos como los que se han

señalado anteriormente.Estas construcciones muestran las posibilidades formales de los distintos materiales estructurales y tratan de establecer las formas resistentes más apropiadas a sus características, con un criterio claro de rigor estructural, según el cual la forma viene determinada por los esfuerzos a los que se ve sometida la estructura y por la naturaleza de los materiales que la constituyen, y la belleza de la construcción se apoya en la depuración de las formas y la optimización de su comportamiento resistente. Es la apoteosis de la forma ingenieril:Cada material tiene una personalidad específica distinta, y cada forma impone un diferentefenómeno tensional. La solución natural de un problema –arte sin artificio-, óptima frente alconjunto de impuestos previos que la originaron, impresiona con su mensaje, satisfaciendo, almismo tiempo, las exigencias del técnico y del artista...Antes y por encima de todo cálculo está la idea, moldeadora del material en forma resistente,para cumplir su misión.Finalmente, el conocimiento y control de las propiedades de los nuevos materiales y laaceptación e interés por parte de los arquitectos de las posibilidades formales que

Nuevos materiales

éstos ofrecen desembocan en una fase que se podría calificar de sobre dominio del material.En esta fase, motivada por las inquietudes formales de los arquitectos, se aprovechan lasposibilidades que ofrece el nuevo material pero las formas planteadas se alejan de las derivadasestrictamente de sus propiedades y características intrínsecas, en busca de una plasticidad personal que la forma resistente pura no es capaz de proporcionar.

Tenso-Estructura

Tenso-estructuras

DefiniciónEstructura ligera compuesta por una membrana textil PVC pretensada vinculada a una estructura de anclajes tubulares metálicos, madera, etc; generalmente por medio de cables de acero, yute, nylon, etc; permitiendo desarrollar soluciones creativas para resolver cobertura de espacios con cualidades no convencionales. Son aquellas estructuras en las que cada parte componente de la misma está soportando únicamente cargas de tensión y no hay requerimientos para resistir fuerzas de compresión o flexión.

Las estructuras tensionadas incluyen amplia variedad de sistemas, que son conocidos por apoyo en elementos atirantados para soportar las cargas de servicio. Han sido empleadas a lo largo de la historia como puentes atirantados y lonas. No obstante las estructuras tensionadas fueron aplicadas a puentes en el siglo XIX y solo en el siglo XX se aplicaron a edificios. El diseño de amplias membranas tensadas depende, en gran medida de la ayuda de sistemas computacionales, el mismo que desarrolló y ha obtenido este tema especialmente a partir del

trabajo de Frei Otto que tuvo éxito utilizando modelos a escala. Esos modelos representaron la forma deseada de las membranas, pero no condujeron al conocimiento del comportamiento estructural de las láminas, información necesaria para grandes estructuras de membranas compuestas. Muchas estructuras desplegables fueron empleadas para cubrir lugares públicos, estas estructuras son construidas con lona, sogas y madera. El principal problema que se introdujo después, fue la resistencia al fuego de las membranas y los elementos estructurales. El cual fue resuelto con la aparición de la fibra de vidrio plastificada con teflón (PTFE). Inicialmente la economía estructural, fue la característica que condujo al empleo de las estructuras tensionadas. El primer arquitecto norteamericano que desarrolló una tenso-estructura permanente fue John Shaver. Independientemente de esto, las tenso-estructuras son, como la mayoría de estructuras espaciales, por su naturaleza única muy expresivas, creando arquitectura moderna y original. El desarrollo de modernas estructuras tensadas comenzaron a emplearse en la segunda mitad del siglo XX, el aporte de Frei Otto en Alemania y los medios de comunicación de esta rama, potenciaron la amplia diseminación de

Tenso-Estructura

estas estructuras por el mundo. También un papel fundamental en el interés despertado por las estructuras tensionadas, jugaron las exposiciones mundiales, en especial, Osaka´70, en Japón donde se empleó la forma de tienda en módulos repetidos, que aunque eran modernos se remitían a las estructuras empleadas por nómadas. El arquitecto canadiense Eberhard Zeidler diseñó dos monumentales estructuras tensionadas para la edición Vancouver´86, que hoy se emplean como palacio de convenciones, y pabellón de uso variado. La capacidad de cubrir grandes luces sin apoyos intermedios, creó una gran oportunidad para el empleo de las estructuras tensadas. Entre los empleos más exitosos de las membranas estructurales se incluye, la construcción de cubiertas en forma de domos para estadios en Norteamérica. A partir de los 1980 las tenso-estructuras fueron las más empleadas para las instalaciones deportivas, entre los materiales ligeros. Precisamente esta característica de estructura "mínima" es la que si se aprovecha adecuadamente puede resolver muchos problemas de cubierta en lugares públicos en Ecuador. El tiempo necesario para la construcción de estas estructuras es sorprendentemente corto, pues después de prefabricar la membrana es cuestión

de trabajo ligero para realizar la cimentación, erección de estructuras metálicas, y propiamente el montaje de la membrana. ImportanciaLa Arquitectura Textil permite desarrollar soluciones creativas para resolver espacios de cualidades no convencionales. La identidad formal que ofrece debe también estar considerada al comprender la Imagen distintiva que esta tecnología aporta.Forma y modelo estructuralLas estructuras flexibles, tales como: las mallas de cables, los tensigrid y las membranas (estructuras de tensión) son conocidas por la simplicidad de sus elementos, así como por su fácil ensamblaje, mínimo consumo de materiales, mínimo desperdicio y eficiencia energética. Estos aspectos les permiten sobrepasar a cualquier otro sistema estructural en términos de ligereza y capacidad para cubrir grandes luces. Las formas atractivas, vistas sin obstáculos, interiores iluminados constituyen a las estructuras a tensión generalmente manifestaciones arquitectónicas que invaden al público con una sensación de maravilla. Debido a sus características físicas y para analizar su comportamiento, es posible esquematizar el material de membrana como una

malla de hilos. Se inicia el análisis planteando la voluntad de rigidizar un hilo tendido entre dos soportes. En la figura se muestra cómo se constituye un sistema de dos hilos: atravesando un hilo sobre el que se pretende estabilizar, con curvatura inversa y anclándolo.

Se considera que ambos están contenidos en planos verticales y perpendiculares entre sí. Esta disposición permite estabilizar el punto de intersección de ambos hilos. Es la más sensible de todas las soluciones estabilizadoras. Si ahora se considera que a partir de estos dos hilos se diseñará una estructura de cubierta de cables, deberán agregarse, en principio, dos cables estabilizadores más, todos a 90° con respecto al primero, paralelos al segundo y contenidos, todos, en planos verticales.

Principio para diseño de cubierta

Agregando hilos según la primera dirección, figura siguiente, anclados en los que se tendieron en segundo término, figura 2.2, y unificando el anclaje de los segundos, se obtendrá una superficie "trensada", en la que en cada punto de la misma se cruzan dos cables de curvatura opuesta, una hacia arriba y la otra hacia abajo. Ambos cables ejercen presión, cada uno sobre el otro.

Superficie trensada

Si interesa que la superficie sea continua, es necesario agregar más y más cables, hasta el límite de generar un "tejido". Cuando se tensa cada uno de los cables de la red, se incrementa la presión en cada nudo. La tensión inicial más alta, o "pretensión necesaria", será la que estabilice la red de cables ante la acción de las cargas. La pretensión produce, sobre los hilos, tensiones que brindan la seguridad de que subsistirán los esfuerzos de tracción, sean cuales fueren las cargas exteriores, las que nunca llegarán a anular el esfuerzo de tracción inicial en ningún punto de la superficie. Las redes de hilos, como consecuencia del proceso elegido para su pretensado, que exige doble curvatura en el espacio, son rígidas y muy poco deformables ante la acción de cargas accidentales de intensidad alta. A la superficie estructural que se generó por este proceso algunos autores la llaman "a cuatro puntos". Es la forma más simple de cubierta. Se puede hacer fácilmente un modelo de esta superficie básica, con una tela extensible o un trozo de látex y verificar sobre él la mecánica estructural de las membranas pretensadas, la que se analiza a partir de las redes de hilos. Las formas geométricas aptas para aplicar

pretensión, es decir, capaces de sustentar estas membranas, son las de doble curvatura total negativa o anticlásticas. Cada elemento modular tridimensional de la superficie de cubierta debe contener o estar definido por un sector de superficie de curvatura anticlástica, anclado en elementos capaces de alojar los mecanismos de pretensión. Es decir, es condición de diseño que la superficie total de la cubierta y cada uno de los sectores de superficie que la integran, puedan ser pretensados, lo que significa que los elementos de anclaje deben estar incorporados al diseño geométrico.

Características al desarrollo

Ligereza

Cuando el objetivo de diseño está esencialmente focalizado en la protección contra la lluvia y la incidencia directa de los rayos solares, las soluciones se traducen en sistemas esencialmente livianos, flexibles en su geometría para adaptarse a las orientaciones más convenientes.

Síntesis de los Elementos

Las grandes cargas adicionales provocadas por el viento obligan a resolver un sistema estructural resistente. Este sistema conforma un edificio con una mínima relación entre masa construida y volumen espacial. Es decir, en un mínimo espesor se concentran estructura y cerramiento, los dos componentes esenciales del sistema que define el espacio. Las membranas tensadas son estructuras de tracción pura. Esto las convierte en los sistemas más económicos teniendo en cuenta la relación luz a cubrir – peso propio.

Flexibilidad en la Construcción

Luminosidad

El paso de la luz es una cualidad característica de los sistemas de membranas, y proporciona grandes ventajas estéticas y económicas. El aprovechamiento de la luz natural para la ambientación interior permite reemplazar la iluminación artificial durante el día, economizando recursos energéticos. La envolvente se utiliza como filtro y no como barrera pudiendo regular su "permeabilidad" a los agentes externos.

Ligereza de la Tenso Estructura

También es importante tener en cuenta la apariencia luminosa nocturna desde el exterior y las reflexiones posibles a realizar arrojando luz sobre las membranas.

Luminosidad de la Tenso Estructura

Versatilidad y Funcionalidad

Es muy amplio el espectro en el cual puede aplicarse el sistema de membranas tensadas. La flexibilidad formal que caracteriza a las membranas les permite adaptarse a múltiples funciones como:

Ÿ Áreas de exposición. Áreas para espectáculos.

Ornamento urbano.

Espacios para congresos y conferencias.

Instalaciones deportivas.

Instalaciones industriales.

Sistemas Dinámicos Cuando las condiciones externas son cambiantes

Versatilidad y Funcionalidad de la Tenso Estructura

la utilización de sistemas móviles permite la adaptación a las distintas condiciones ambientales, mediante dispositivos mecánicos puede lograrse una alta flexibilidad funcional.

TipologíaEl número de configuraciones que se puede adoptar en una estructura tensada es muy variado, lo cual le confiere un especial atractivo a la hora de generar formas libres y combinar elementos estructurales rígidos y flexibles hasta llegar a la solución deseada. Aun así, se pueden realizar clasificaciones de las estructuras tensadas, atendiendo a su forma y uso.

Clasificación atendiendo a su formaLa forma y comportamiento físico de las estructuras tensadas es muy diferente de las estructuras espaciales convencionales formadas por barras rígidas, utilizadas en numerosas construcciones.Una característica común de las estructuras tensadas es el estado de pretensión interna de la tela y su doble curvatura. Esta pretensión confiere una rigidez a la estructura que le hace capaz de soportar cargas externas aplicadas sobre ella.

La forma que adopta la tela tensada es la de una superficie anticlástica. La tela tensada tiene doble curvatura y los centros de curvatura de cualquier punto de su superficie están en lados opuestos de ésta. De este modo una posible carga vertical de nieve se contrarrestaría con la tensión superior existente en las direcciones PA y PB. Asimismo, una carga de viento verticalproveniente del inferior se compensaría con la tensión existente en la dirección PC y PD.

Superficie anticlástica Equilibrio de fuerzas en un punto P de la tela

Por lo tanto se deduce que la forma que adopta una estructura tensada no viene dada por consideraciones geométricas como pueden ser, las superficies regladas o matemáticas. La configuración final está basada en la posición de equilibrio alcanzada por la tela tensada como

resultado de sus tensiones internas, las cargas externas a ésta, como viento y nieve, y las restricciones de borde dadas por los mástiles y anclajes de la estructura. El proceso mediante el cual se determina la forma de equilibrio de la tela tensada se denomina formfinding. Existen otras alternativas que permiten obtener formas de equilibrio. La más común se basa en una analogía física con las membranas de jabón. Esta técnica se utilizaba en los comienzos de la arquitectura textil y aún se sigue utilizando, en ocasiones, para obtener formas geométricas con jabón a partir de unos contornos determinados que se pueden construir con alambres.

ormas generadas con de membranas de jabón

La pretensión existente en el interior de la tela ha de elegirse de tal maneraque no suponga un inconveniente para el pretensado de los elementos estructurales durante la ejecución de la obra. A su vez tiene que ser lo suficientemente alta para poder

absorber las cargas para las que está dimensionada, evitando así pérdidas de tensión en zonas de la estructura al aplicar cargas externas.

Clasificación atendiendo a su usoLa forma de las estructuras tensadas se puede clasificar de acuerdo a otros criterios.En la clasificación de la Figura 2.17 (Mollaert 2003, Bradatsch et al. 2004) se describen diferentes formas atendiendo a su uso.

Clasificación de estructuras tensadas atendiendo a su uso

Cerradas AbiertasAbatibles

Textiles

Piel interior

Piel exterior

Cubiertas

Fachadas

Como puede verse, de acuerdo a esta clasificación las estructuras se pueden dividiren:< Cerradas: este tipo de estructuras aseguran un cierre total entre el interior y el exterior. Estas soluciones no son muy habituales, excepto cuando se utilizan como cubiertas. Las estructuras neumáticas se podrían incluir en este grupo.< Abiertas: Este tipo de soluciones son muy habituales, utilizándose la tela tensada para proteger zonas de la acción de la lluvia o elsol.< Abatibles: este tipo de estructuras se caracterizan por su adaptabilidad, de manera que la tela tensada puede adoptar diferentesconfiguraciones dependiendo del uso. Estas estructuras retráctiles son más complicadas de diseñar al disponer de elementos móviles y tener que asegurar la tensión de la tela en la posición abierta.A su vez, dependiendo de su función dentro del edificio, las estructuras se pueden dividir en:< Construcciones textiles: este tipo de construcciones están formadas exclusivamente por las telas y los elementos soporte de éstas.< Piel exterior: la estructura se utiliza para proteger un edificio o espacio cerrado, que se albergaría en su interior.

< Piel interior: la estructura se encuentra situada dentro de un espacio cerrado, siendo su uso en la mayoría de las ocasiones totalmenteornamental o como regulador de luz.< Cubiertas: este tipo de soluciones se puede utilizar para cerrar patios, zonas interiores de edificio o estadios.< Fachada: en estas estructuras, la tela es una extensión del edificio que se puede utilizar para proteger éste de la lluvia o el sol. También se puede utilizar en la fachada, como cierre de ésta.

Consideraciones de diseñoA continuación se enumeran una serie de consideraciones que se han de tener en cuenta a

Utilización de tela tensada en elementos de fachada AllianzArena, Munich,

Hotel Dubai, Emiratos Árabes.

la hora de diseñar estructuras tensadas.Consideraciones estéticas y visualesLas múltiples formas que pueden adoptar las estructuras tensadas confieren a éstas cualidades especiales que las hacen más atractivas respecto a otro tipo de construcciones tradicionales. La ligereza y sencillez de este tipo de estructuras es una característica a tener en cuenta, ya que permiten cubrir grandes superficies con poco peso. La estabilidad de la estructura se mantiene con la pretensión existente en la tela, requiriendo para ello pocos elementos de soporte (Otto 1967, Vanderbeg 1988, Schock 1997). La luminosidad que confiere el alto índice de transparencia de las telas tensadas es otra de las cualidades de este tipo de construcciones. En la mayoría de construcciones tensadas los requerimientos de luz son cubiertos durante el día, con el subsiguiente ahorro energético.

Estructuras tensadas con luz artificial

La gran luminosidad que aportan las estructuras tensadas ofrece numerosas posibilidades estéticas de diseño arquitectónico al combinar la luz natural del día con la luz artificial de la noche, lo que hace que en ocasiones estas construcciones se conviertan en esculturas de luz. Una práctica habitual consiste en dirigir la luz artificial hacia el material desde el interior. El alto índice de reflexión de la luz en este tipo de materiales permite crear efectos de luz indirecta sobre el espacio interior.El nivel de transparencia de las estructuras tensadas varía entre el 10% y el 40%, frente al 3% de la mayor parte de las construcciones convencionales. Este nivel de transparencia puede ajustarse mediante la utilización de pigmentos o recubrimientos en las telas tensadas.La ubicación y el entorno juegan también un

papel muy importante a la hora de elegir la forma, creando en ocasiones interesantes paisajes urbanos que atraen la vida hacia ellos. La elección de estructuras tensadas puede estar condicionada en ocasiones por ser visualmente menos agresivas que otras soluciones tradicionales (Otto y Rash 1995, Berger 2005). Finalmente, es preciso asegurar la correcta pretensión de la tela para evitarla aparición de arrugas. Las complicadas geometrías de la tela tensada hacen necesario que la ejecución haya de ser muy precisa, para lo cual se ha de garantizar la inspección de la tela para evitar situaciones no deseadas.

Consideraciones climáticasLas estructuras tensadas se pueden encontrar en la mayoría de las zonas climáticas del planeta. Sus principales funciones son crear espacios confortables, servir de protección contra el sol, lluvia, viento o nieve, y reducir el consumo energético de la construcción.Cuando se trata de espacios cerrados sin ventilación natural es importante asegurar unas condiciones térmicas adecuadas que aseguren un confort suficiente.Actualmente, los desarrollos de recubrimientos superficiales y nuevas fibras ayudan a esto.

En ocasiones, la predicción del comportamiento térmico requiere herramientas computacionales de análisis específicas, de tipo DTM (Dynamic Termal Modelling) o CFD (Computer Fluid Dynamics), obligando al diseñador a buscar consejo en las primeras fases del diseño a consultores especialistas en estos campos (Chilton 2003, Schuler 2003).

Características térmicas de las estructuras tensadas cerradas

En contraposición a las construcciones tradicionales, en las estructuras tensadasla influencia de las condiciones climáticas exteriores es muy importante, lo cual hace que cualquier cambio térmico exterior en la tela se transmita casi instantáneamente al interior (Figura 2.20). La diferencia de temperaturas entre el exterior y el interior de la tela

tensada es de 1º C aproximadamente. El coeficiente de transmisión térmica es muy pequeño comparado con el de construccionestradicionales, y los efectos de la transmisión por convección y radiación han de tenerse también en cuenta. Los materiales utilizados comúnmente reflejan aproximadamente el 75%de la energía solar incidente, absorben el 15% y transmiten el 10% de dicha energía. La transmisión de luz de las telas se encuentra entre un 10- 15%. Esta propiedad hace que las estructuras tensadas sean efectivas como protección solar en zonas tropicales y áridas, aportando a la vez ventilación natural cuando se trata de estructuras abiertas.

Propiedades ópticas de materiales textiles para uso estructural

Un problema de las estructuras tensadas es que

se pueden crear condiciones térmicas internas no uniformes cuando los volúmenes a cubrir y las alturas son elevados, lo que dificulta la predicción de las condiciones térmicas en laszonas cercanas a la altura humana. La diferencia de temperatura interior entre los puntos más elevados y el nivel de suelo puede ser superior a los 10º C.Por lo tanto, para asegurar un control térmico adecuado en el interior, es necesaria la utilización de cerramientos de doble capa que mejoran el aislamiento del conjunto. De esta manera se reduce la transmisión térmica, semejoran las condiciones acústicas y aumenta la protección contra el fuego. En ocasiones, la temperatura del colchón de aire interior puede ser controlada, lo cual permite controlar las condiciones de aislamiento del espacio interior de la estructura según sea necesario.

Cerramientos de doble capa:Estructura tensada en Leon-berg,Alemania.

Pabellón de Portugal de la Expo 2000 de Hannover, Alemania

Aislamiento acústicoEl aislamiento acústico de las estructuras tensadas puede ser una tarea complicada.Existen dos factores acústicos importantes a tener en cuenta:< la existencia de numerosos ruidos externos provenientes de autopistas, estaciones de tren, aeropuertos, la propia lluvia al golpear la tela tensada o los sistemas internos de aire acondicionado.< la cualidad acústica del volumen interior se puede mejorar en función de la geometría y los materiales utilizados en la construcción. La naturaleza propia de este tipo de estructuras ligeras hace que sea difícil el aporte de masa en los cerramientos para contrarrestar los efectos del ruido, como se hace tradicionalmente con otro tipo de materiales. Se comprueba que las estructuras de doble capa mejoran el aislamiento acústico, aunque no más de 5 a 10 dB. Actualmente el conocimiento acerca de la transmisión acústica es muy limitado, por lo que las únicas recomendacionesque se podrían ofrecer son externas a la construcción, pudiéndose así disponer elementos que absorban ruidos en los alrededores de la estructura. Los análisis computacionales tampoco ofrecen

resultados interesantes, ya que el conocimiento de las características acústicas de las telas tensadas es aun muy limitado.CargasDada la ligereza que caracteriza las estructuras tensadas, el ratio entre las cargasaplicadas y el peso propio es mucho mayor que en otro tipo de construcciones.Esto hace que el impacto de las cargas de viento o nieve sea mayor en las estructurastensadas. Por lo tanto la selección de un patrón adecuado de cargas ha de ser consideradocon sumo cuidado. Los códigos existentes son válidos para edificaciones tradicionales, lo que hace difícil su aplicación a este tipo de estructuras, siendo necesario invertir más tiempo y esfuerzo en la definición de las hipótesis de carga hasta obtener un dimensionado correcto de la estructura (Balz y Dencher 2004).Como se ha comentado anteriormente, la forma que adopta la estructura tensada viene dada por el equilibrio entre la pretensión interna de la tela y las cargas aplicadas sobre ésta. La doble curvatura de las estructuras tensadas hace que la tela pueda contrarrestar fuerzas en direcciones opuestas.A continuación se enumeran los tipos de carga más habituales.

Cargas de vientoLa carga de viento es la que origina casos críticos durante el dimensionado deestructuras tensadas. Se considera como una carga estática, definida por una presión dinámica multiplicada por un coeficiente aerodinámico, cp (Balz y Barnes 2004, Dencher y Balz 2004). Puede ocurrir que la carga de viento afecte a ambos lados de la superficiesimultáneamente. Otra posibilidad es que la carga de viento afecte solamente a la parte exterior de la estructura, pero que seanecesario considerar la succión en la parte interior. Los valores de los coeficientes aerodinámicos indicados en los códigos no suelen ser válidos para las formas de las estructuras tensadas. Para estructuras con formas complicadas e irregulares o de gran envergadura es necesario efectuar ensayos en túneles de viento para obtener los coeficientes aerodinámicos,ya que una aproximación conservativa puede llevar a soluciones muy costosas.Investigaciones recientes incorporan el uso de técnicas numéricas como CFD o FEM para llevar a cabo este tipo de análisis, aunque todavía su uso es prematuro (Balz 2003, Haug 2003).

Los efectos dinámicos de las cargas de viento son sustituidos habitualmente por cargas estáticas equivalentes.Cargas de nieveLas cargas de nieve se determinan de acuerdo con los códigos. Para estructuras de grandes dimensiones se recomienda investigar las condiciones climáticas localmente ya que puede suponer un sobrepeso importante. Ha de analizarse con detenimiento el diseño de estructuras tensadas con zonas poco inclinadas o de tipo valle, ya que estas formas pueden ayudar a que la nieve quede acumulada y se retenga agua quedando encharcadas. Asimismo han de tenerse en cuenta los efectos de la nieve deslizando portela tensada, ya que pueden dañar a gente que se encuentre en los alrededores o a otros elementos adyacentes.Se han de considerar procedimientos para remover nieve en caso de ser excesiva. Los más prácticos consisten en aplicar agua sobre la superficie exterior, o bien calentar la superficie con aire desde el interior.Cargas térmicasLos efectos térmicos no son importantes en las estructuras tensadas en comparación con estructuras tradicionales. Los cambios térmicos originan muy pequeñas variaciones en la preten-

pretensión de la tela. Los efectos térmicos son más importantes en los elementos metálicos, como mástiles o cables.Cargas sísmicasPor lo general, las cargas sísmicas no representan un problema para las estructurastensadas dado que su masa es insignificante.

Proceso productivoLos métodos que se utilizan para la fabricación de estructuras textiles son muy específicos y son menos conocidos que otras tecnologías de construcción, por lo que requieren del asesoramiento y control de especialistas en la materia.La empresa constructora deberá emplear técnicos cualificados en la manipulación de este tipo de telas y contar con el equipamiento necesario para poder llevar a cabo todos los pasos requeridos en la fabricación:< Generación de patrones.< Corte de la tela.< Sellado.< Empaquetado y transporte.< Elevación y ajuste.< Control de calidad.

Patrones, corte y sellado

Las complicadas formas que pueden adoptan las telas tensadas y las múltiplescurvaturas de éstas hacen que no sea posible desarrollar su forma en un plano.Por otro lado, la anchura del material que se utiliza está limitada por motivos de fabricación. Esto lleva a realizar patrones de las superficies, de manera que ésta queda dividida en diferentes tiras longitudinales.Existen numerosas técnicas computacionales que utilizan las líneas geodésicas de la superficie como referencia para obtener automáticamente los patrones de corte. Una vez que el corte ha sido llevado a cabo, se ha de proceder a soldar entre si las diferentes tiras que componen la tela. Se recomienda marcar la posición y orientación de cada uno de los trozos de material antes de proceder a su soldadura. La anchura de las juntas depende de la adhesión entre el recubrimiento y las fibras del material, pudiendo variar la misma entre 40 y 100 mm. Las telas pueden soldarse de manera que queden solapadas una encima de otra, o biendisponerse de forma alineada reforzándose en uno o en los dos lados con telas adicionales

No solamente se han de soldar los tramos que conforman la tela tensada, sino que se han de incluir también todos aquellos detalles que completan la estructura. Se ha de tener en cuenta la curvatura de la tela y documentar los diferentes detalles de la estructura tensada:< refuerzos en zonas con concentración de tensiones, como esquinas.< alojamientos para los cables en los bordes de la estructura tensada.< correas para amarrar diversos elementos.< guías para el agua.< agujeros y otros detalles.MontajeSe ha de establecer un plan de montaje de la estructura, de manera que asegure la estabilidad de ésta durante la ejecución y la correcta manipulación del material y accesorios

por personal cualificado con experiencia en este tipo de construcciones. Por lo tanto debe ser necesario conocer la magnitud de las fuerzas que serán aplicadas en cada fase del montaje de la estructura, no olvidando tomar las precauciones de seguridad necesarias. Antes de montar la estructura se han de verificar la posición de los sistemas de anclaje, como pueden ser las cimentaciones o las zapatas. A diferenciade otras construcciones tradicionales, en este tipo de estructuras, la orientación y precisión de los puntos fijos de anclaje es crítica para el correcto montaje de la estructura y su posición final.Se ha de cuidar el desembalaje de la tela y su manipulación para evitar el contacto de ésta con elementos punzantes que pudieran dañarla. La zona de trabajo ha de estar limpia para actuar correctamente. Hay que evitar condiciones metereológicas adversas como lluvia, viento otemperaturas por debajo de 5º C. La elevación y amarre de la tela ha de llevarse a cabo con rapidez para evitar posibles daños por el contacto con el suelo. La tela comenzará a tensarse poco a poco de manera uniforme desde los diferentes puntos de amarre hasta llegar a la tensión necesaria. Es preciso revisar todas las especificaciones técnicas tales como pares

Unión de tejidos textiles mediante soldadura: (a) máquina de soldar para fibra de vidrio con PTFE, (b) máquina para soldar fibra de poliéster con PVC, (c)Tipos de uniones en telas mediante soldadura.

apriete de pernos, asegurar tuercas, alineamientos de cables, sellado de juntas ycontrolar las posibles apariciones de arrugas por mal tensado de la tela.Mantenimiento El grado de mantenimiento requerido por una estructura tensada depende de numerosos factores que hacen que, en ocasiones, sea necesario un mantenimiento más regular que en otras. Por regla general, es necesaria una inspección visual anual o bien después de posibles condiciones climatológicas adversas.Limpieza y corrosiónLa acumulación de suciedad depende de las condiciones ambientales de la zona, del tipo de material y de la forma de la propia tela tensada. Desde un punto de vista técnico la suciedad no afecta a la vida del material, pero una limpieza incorrecta puede deteriorarlo.Durante el diseño de la estructura es necesario tener en cuenta una serie de factores que pueden afectar a la suciedad de la estructura, como los niveles de pluviosidad de la zona, proximidad a árboles o vegetación que pueda causar la caída de hojas o acumulación de polen. Asimismo, es conveniente evitar pendientes poco pronunciadas que puedan hacer que el agua quede estancada. La suciedad tam-

bién puede adherirse a los recubrimientos de la tela tensada, dependiendo de sus propiedades.Se ha de prever el acceso de personal para limpiar las diferentes zonas de la tela, procurando no dañar la fina capa protectora que recubre las fibras textiles. Se evitará así el uso de materiales abrasivos, disolventes o la aplicación de agua a presión.Los materiales anticorrosión serán elegidos de acuerdo con las condiciones ambientales de la zona, especialmente en zonas cercanas al mar. Los elementos de soporte, cables, pernos y conexiones, se inspeccionarán periódicamente para evitar dicha corrosión. En caso de aparecer corrosión, se eliminará y se aplicarántratamientos anticorrosivos. Si la corrosión afectase a pernos y conexiones, estos se reemplazarán. Puede existir un riesgo de encharcamiento en zonas de la estructura conpoca inclinación, debido a la posible deformación de la tela. Se recomienda inspeccionar visualmente la tela después de grandes lluvias para eliminar las posibleszonas encharcadas.Reparación y sustitución de la estructura tensadaEs necesario asegurar un nivel de pretensión en la tela de acuerdo a los cálculos realizados en

la fase de diseño. Dado que los materiales utilizados pueden llegar a situaciones de relajación o estiramiento bajo cargas constantes, la pretensión de la tela podría variar durante la vida de la misma. Se han de determinar los niveles de pretensión mínimos para poder asegurar la estabilidad de la estructura e indicar los procedimientos con los que medir periódicamente los valores de esta pretensión. En caso de tener que tensar de nuevo la estructura, ésta ha de disponer de pretensores en los cables u otros elementos que faciliten esta labor. Los daños locales que puedan ocurrir en la tela tensada por accidentes, vandalismos o durante la instalación, pueden ser reparados in situ. Los agujeros o rasgados de hasta 5cm se solucionarán parcheando directamente la zona exteriorde la tela. Los procedimientos varían según el tipo de material o recubrimiento. Cuando sea necesario reemplazar la tela es posible que las características de los nuevos materiales se hayan modificado con el paso del tiempo y quehaya que generar nuevos patrones de corte. Se recomienda inspeccionar el resto de elementos tales como uniones, pernos, cables, por si fuese necesario reemplazarlos también.

Proceso de diseñoDada la variedad de técnicas que se utilizan para la realización de estructuras tensadas, son muchas las personas que están implicadas e intervienen en cada una de las fases del proceso de diseño y construcción.

Proceso de diseño y construcción de estructuras tensadas