REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO ESCUELA DE ARQUITECTURA CÁTEDRA: INTRODUCCIÓN A LA CONSTRUCCIÓN Y TERNOLOGÍA
TENSO-ESTRUCTURAS
ELABORADO POR:
Br. REYES, Luisa
Maracaibo, noviembre de 2011
TENSO-ESTRUCTURAS
Se denomina tenso-estructura a una superficie delgada y flexible capaz de soportar las cargas únicamente a través del desarrollo de esfuerzos de tracción (estiramiento). Las tenso-estructuras abarcan diversas categorías que van desde las membranas textiles, que son las más comunes, hasta las redes de cables pretensados, cables en forma de celosías o vigas, estructuras neumáticas soportadas por aire y algunas membranas de concreto armado. Para la instalación de tenso estructuras se emplean principalmente elementos flexibles (Membrana Textil, Cables) junto a elementos rígidos como el mástil, en los puntos de anclaje, para generar así una relación equilibrada entre flexibilidad y tensión.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Las Tenso-estructuras se caracterizan principalmente por:
Simplicidad de Elementos Facilidad de Ensamblaje Mínimo empleo de materiales Ligereza Versatilidad de Despliegue Formas innovadoras que constituyen representaciones arquitectónicas visiblemente atractivas.
CLASIFICACIÓN
Las estructuras elaboradas a partir de materiales tensados pueden clasificarse en tres grupos básicos:
Estructuras de Tela Tensionada o Carpa Estructura de Red
Estructuras Neumáticas
ESTRUCTURAS DE TELA TENSIONADA O CARPA Están conformadas por una membrana pretensada por la aplicación de fuerzas exteriores con el fin de que se mantenga totalmente tensada. Para evitar la aparición de fuerzas de tracción demasiado alta y el consiguiente daño al material, es recomendable generar curvaturas en direcciones opuestas. A su vez se pueden clasificar de acuerdo a la ubicación de los anclajes y puntos de apoyos que determinan la forma de la membrana en: Telas apoyadas, Telas con apoyos puntuales Interiores o exteriores y telas colgadas por líneas Interiores o perimetrales exteriores ESTRUCTURA DE RED Su superficie está constituida por una tupida malla de cables, en lugar de un material textil. Generalmente se utilizan para cubrir espacios más amplios o resistir cargas mayores. ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS Este tipo de estructura se hace entrar en tensión y se estabiliza llenándola con aire comprimido, para generar una sobrepresión interior. En este caso, no se precisa de estructuras rígidas para los puntos de anclajes pues la presión exterior contrarresta la acción de las cargas. MATERIALES FLEXIBLES
CABLES Elaborados principalmente de acero, los cables actúan como tensores en las tenso-estructuras, refuerzan la membrana textil y mantienen al mástil en su posición; cuando varios se colocan varios cables en forma cruzada se forma una red. MEMBRANA TEXTIL Es el elemento que genera el recinto o espacio cubierto, es ligero y define la forma de la tensoestructura, además brinda la posibilidad de cubrir grandes superficies. El material que la compone debe ser resistente a las condiciones externas tales Como el viento, el agua, el fuego, garantizando la durabilidad del mismo.
RELINGAS Elementos que permiten reforzar el borde de la membrana, donde tiende a acumularse gran parte de la tensión, además de servir como elemento de transición entre dichos bordes y los puntos de fijación o anclaje. Éstas pueden ser flexibles o rígidas. RÍGIDOS
MÁSTIL Y BORDES RÍGIDOS El mástil es un poste vertical que genera la altura o punto más alto de la tensoestructura, además sostiene y tensa la membrana manteniendo su forma. Los bordes rígidos también soportan y dan forma a la membrana, generalmente se construyen en forma de arcos aunque también pueden ser horizontales. Tanto los bordes rígidos como los mástiles soportan las fuerzas de tracción y trabajan a compresión, lo que se traduce en un comportamiento a flexión. PUNTOS DE ANCLAJE Los anclajes brindan estabilidad, introducen y mantienen las tensiones necesarias para fijar la membrana, el mínimo número de anclajes para una membrana, como ya vimos, es de cuatro, para que la membrana textil este tensada y logre su estabilidad, uno de estos debe estar en un plano diferente a los otros tres para poder generar la curvatura de la tenso-estructura.
COMPORTAMIENTO DE LAS TENSO-ESTRUCTURAS
Existen dos aspectos principales que determinan el comportamiento de las membranas empleadas para la construcción de tenso -estructuras.
1. TENSIÓN Es la fuerza interna aplicada, que actúa por unidad de superficie o área sobre la que se aplica. También se llama tensión, al efecto de aplicar una fuerza sobre una forma alargada aumentando su elongación. La tensión o tracción es una fuerza usada para halar las estructuras moleculares de un material. Las estructuras textiles tensadas son, entonces, aquellas en donde en todas sus partes trabajen a tracción. La regla fundamental para la estabilidad es que estas estructuras adquieran curvaturas en direcciones opuestas brindándole a las cubiertas su estabilidad dimensional. La forma tridimensional de estas membranas obliga a que para introducir una estabilidad definitiva, se debe salir del plano bidimensional, debido a la complejidad de los modelos físico y formas no ortogonales. En cuanto al funcionamiento, las cuerdas y cables son los elementos más simples que resisten cargas a tracción, y ésta gobierna su diseño. Los cables están sujetos en sus extremos en forma puntual o distribuidos a lo largo de un borde, generalmente representados por brazos rígidos de apoyo o riostras. De igual forma, la membrana textil está compuesta por cables que representan las numerosas líneas de acción que soportan las fuerzas de tracción solo que se aprecia como una superficie y puede ser resuelta como tal. Los demás elementos como mástiles, arcos y riostras perimetrales funcionan bajo fuerzas de compresión y flexión. 2. ESTABILIDAD
Los componentes en las tensoestructuras requieren una colocación definida (forma superficial) mientras que se sujetan a patrones de pretensado interno específicos. El comportamiento de un elemento a tracción estará asociado al propio peso del elemento y a las cargas que actúen sobre el (estén aplicadas de forma puntual o distribuidas) que determinan un patrón geométrico según la disposición de tales cargas. Cable sin ninguna carga agregada (pero propio) - Parábola Cable con una carga concentrada - Triángulo Cable con dos cargas concentradas - Trapezoide
Cable con serie de cargas puntuales - Polígono Cable con carga uniformemente distribuida – Parábola
Una característica de estas superficies es que necesitan de cuatro soportes mínimos. La geometría de estas estructuras de cuatro puntos es muy flexible, ellas pueden tener muchas variaciones e incluso se pueden combinar unas con otras creando una variedad interesante de formas que comparten los puntos de soporte. PROPIEDADES MECÁNICAS
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN Es la principal propiedad de las tenso-estructura. Para determinar la resistencia de un cable se calcula el alargamiento por tracción y la resistencia a la rotura, ellas están expresadas en la fórmula “R= σ/p” donde “R” es el alargamiento de rotura, “σ” la tensión de rotura y “p” el peso específico del cable.
RESISTENCIA A LA PROPAGACIÓN DEL RASGADO Los rasgados en las membranas de las tenso estructuras son comunes producto de factores diversos que atacan el material, sin embargo la configuración de determinados tejidos detiene al propagación del corte. INFLUENCIA DE LA HUMEDAD Y TEMPERATURA Un diseño óptimo y la utilización materiales que se adapten de manera eficiente al clima es indispensable en la construcción de tenso-estructuras. El diseño debe involucrar directamente las condiciones climáticas del lugar donde se edifique la estructura y del uso que en ella se realice. PROPIEDADES FÍSICAS
DURABILIDAD Está asociada a las condiciones de temperatura, humedad y radiación, también a otras como combustión y accidentes. Generalmente los materiales pueden durar fácilmente 15 años si las condiciones son favorables y se usan comúnmente en estructuras transformables, aunque existen otros materiales de mayor duración, hasta 50 años para estructuras permanentes. AISLAMIENTO TÉRMICO La capacidad para reflejar la radiación y filtrarla es un aspecto importante a la hora de controlar las condiciones internas de la estructura. Las membranas poseen la capacidad de reflejar y absorber radiación en forma de calor, aunque por factores de diseño se puede llegar a acondicionar más eficientemente los espacios usando recubrimientos adicionales, incluso colocando más de una membrana para aprovechar el efecto invernadero que se genera entre el espacio vacío que queda entre ellas.
ACÚSTICA Esta caracterizada por la alta reflectividad de las vibraciones sonoras, particularmente en frecuencias entre 500 a 2000 Hz. Esta reflectividad se puede traducir en un pobre desempeño y dificultad en la propagación del audio. Sin embargo, estos problemas de reflectividad pueden ser resueltos aplicando recubrimientos internos con materiales porosos que absorben el sonido y reducen las vibraciones. Aparte se pueden instalar paneles, bandas acústicas u otros elementos que ayudan al diseño acústico. TRANSPARENCIA Las textiles de estas estructuras tienen la peculiaridad de ser estructuras muy luminosas debido a la fácil propagación de la luz por toda su superficie si se quiere. Generalmente los factores de transparencia van entre el 10% y 50%, aunque se pueden crear superficies mas opacas según los requerimientos de diseño. VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS Estas estructuras, son eficientes, desde el punto de vista del funcionamiento estructural, como de su aspecto estético. Además, son livianas, elegantes, traslúcidas y muchas veces económicas. Otras ventajas son: Permiten crear una gran variedad de diseños. Seguras (antisísmicas). Fáciles de instalar y transportar. Reducido tiempo de construcción. Mínimo consumo de materiales que genera menos costos. Sumamente resistentes ante las condiciones externas (la lona es capaz de absorber rayos ultravioletas y reflejar los infrarrojos) Ahorro de energía, en cuanto a iluminación y climatización. Aplicables en diversos ámbitos (comercio, instalaciones deportivas, espacios públicos, aeropuertos). Notable capacidad para cubrir grandes luces, creando enormes espacio sin interrupciones.
DESVENTAJAS Requieren un mantenimiento constante para garantizar su durabilidad. En comparación a otros materiales como el concreto o el acero, su tiempo de vida útil es relativamente corto. A la hora de diseñar se debe tomar en cuenta que el material textil que las constituye presenta unas dimensiones específicas. En cuanto a cubrir espacios pequeños o de poca área no representan la mejor solución, ya que en este caso los costos por metro cuadrado serían mucho más elevados comparado con otros métodos. Por último, en caso que la estructura del edificio al que se le quiere instalar la tenso-estructura no brinda puntos de fácil anclaje, habría que introducir nuevos puntos aumentando así los costos de la misma.
