Membranas Pretensadas:

Las cubiertas de membranas pretensadas están definidas por membranas translúcidas, tendidas entre puntos firmes. Ante las variaciones de cargas, porque son soluciones estructurales livianas y flexibles, que se encuadran dentro de las que resisten por tracción, con posibilidad de adaptar su forma al funicular de las cargas externas. Es decir, las características físicas del material de membrana son las que, finalmente, deben guiar el proceso de definición formal de los elementos ante las variaciones de cargas. Las cubiertas pretensadas son cubiertas antiquísimas, tan antiguas como el primitivo hombre nómada. Es interesante hacer una breve revisión histórica, a los efectos de entender cómo evolucionó el diseño desde las tiendas hasta llegar a las actuales cubiertas de membranas pretensadas, es decir, de descubrir su evolución formal y simultáneamente. En Siberia, cerca de Irkutsk, se hicieron excavaciones con hallazgos que determinaron que los cazadores del Paleolítico, en las tundras, durante la época glacial, hace unos 20.000 años, utilizaban tiendas cónicas parecidas a las empleadas hasta épocas recientes por los tipis, indios norteamericanos, que son cónicas, con mástiles dispuestos circularmente, enterrados en el

suelo y unidos por la punta con una cuerda con nudos especiales.Representaciones procedentes de los pueblos que habitaron la Mesopotamia indican que sus tiendas debieron ser formas de refinada perfección en sus dos modalidades. La tienda beduina se adapta perfectamente al desierto, donde se usa. Respondiendo a sus características de uso, el techo es bajo y tiene forma aerodinámica, de manera de evitar los embates del viento; el empleo de la madera está reducido al mínimo, se usan los tensores estrictamente necesarios, algunos de los cuales son de considerable longitud. La cubierta, entonces, está sostenida por pocos elementos, unos comprimidos y otros traccionados. Las telas de la tienda beduina sólo cierran el espacio. Son necesarios los tensores y puntales para mantener su forma. Se destaca la preocupación por reducir al mínimo el número de tensores y puntales, que son los elementos estructurales.Es evidente que existe una gran afinidad entre esta cubierta y la moderna, de membrana pretensada, en cuanto que ambas deben resolver los mismos problemas:• resistir al viento,• asumir una configuración estática óptima con lamenor cantidad de material,• emplear telas resistentes,

• ser de fácil montajeLas mas variadas tribus de todo el mundo han vivido y viven en tiendas. Esas tiendas se reconocen como antecedentes formales de las modernas cubiertas de membranas pretensadas, las cuales deben su desarrollo técnico a los puentes colgantes y a las cubiertas colgadas.Forma y estructuraDebido 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 puntos. La tienda beduina se adapta perfectamente al desierto, donde se usa. Respondiendo a sus características deuso, el techo es bajo y tiene forma aerodinámica, de manera de evitar los embates del viento; el empleo de la madera está reducido al mínimo, se usan los tensores estrictamente necesarios, algunos de los cuales son de considerable longitud . La cubierta, entonces, está sostenida por pocos elementos, unos comprimidos y otros traccionados. Las telas de la tienda beduina sólo cierran el espacio. Son necesarios los tensores y puntales para mantener su forma. Se destaca la preocupación por reducir al mínimo el número de tensores y puntales, que son los elementos estructurales.

Es evidente que existe una gran afinidad entre esta cubierta y la moderna, de membrana pretensada, en cuanto que ambas deben resolver los mismos problemas:• resistir al viento,• asumir una configuración estática óptima con la menor cantidad de material,• emplear telas resistentes,• ser de fácil montajeLas mas variadas tribus de todo el mundo han vivido y viven en tiendas, cuyas descripciones están a disposición de quien lo desee, en la bibliografía específica. Esas tiendas se reconocen como antecedentes formales de las modernas cubiertas de membranas pretensadas, las cuales deben su desarrollo técnico a los puentes colgantes y a las cubiertas colgadas.Forma y estructuraDebido a sus características físicas y para analizar su comportamiento, es posible esquematizar el material de membrana como una malla de hilos. Se inicia el análisisplanteando la voluntad de rigidizar un hilo tendido entre dos puntos.

. Las unidades formales, que por sí solas o combinadas definen una cubierta de membranas pretensadas, corresponden a superficies infinitas,

de doble curvatura total negativa, intersecadas por planos. Esas intersecciones determinan los bordes de las superficies, que pueden ser rígidos o flexibles. Los elementos de borde,tanto los de un sector como los de toda la membrana limitan la forma con una geometría exactamente definida y son los elementos de anclaje y pretensado de la membrana.Los bordes rígidos pueden ser curvos o rectos. Se prefieren los primeros porque los bordes rectos, trabajando a flexión, pueden introducir deformaciones adicionales ala membrana y además, la membrana en proximidad a esos bordes pierde la anticlasticidad. Las cubiertas de membranas pretensadas son estructuras resueltas conelementos trabajando, básicamente, a tracción y compresión. Superficie HYPAR interceptada con un cilindro circular de eje vertical. Borde rígido alabeado, materializado con anillo que trabaja básicamente a compresión.Superficie anti clástica de revolución intersecada con un plano normal al eje. Borde flexible materializado con relingas fijadas en el plano de intersección.

Una misma cubierta puede estar determinada por dos o más sectores de geometría claramente definida, los que admiten dos tipos de articulación:a) Una superficie intermedia, donde un sector de paraboloide hiperbólico ó HYPAR constituye la superficie que articula dossectores de superficies de revolución, de eje inclinado. Dos sectores de superficie anticlástica de revolución, articula dos por una superficie intermedia, sector

Techumbres de Membrana

Las techumbres de membrana pertenecen a las construcciones más ligeras. Las construcciones de membranas son superficies autoportantes, en los cuales la membrana es parte de la construcción y al mismo tiempo la piel exterior, por eso es tan ligera. Una membrana tiene que ser pretensada para que pueda funcionar como techumbre. Se pueden distinguir dos tipos de membranas: membranas pretensadas mecánicamente (membranas tensadas) y las que obtienen la tensión a través de diferencias de presión (membranas neumáticas). Como materiales para las membranas se usan fibras técnicas, en particular fibras de poliéster pvc-recubiertas y telas de

fibra óptica ptfe-recubiertas para construcciones con distancia entre apoyos. Para membranas neumáticas se pueden utilizar también fibras reciclables de ptfe. A pesar del empleo de materiales de alta tecnología, esta construcción representa una alternativa para las construcciones convencionales por la alta eficiencia del material.

ARQUITECTURA NEUMATICA

Existen diversos tipos de manifestaciones arquitectónicas, entre las cuales consideraremos como punto especifico de investigación a la arquitectura neumática. Este tipo de arquitectura es la que se diferencia considerablemente de las técnicas estructurales convencionales; ya que tiene como principal sostén el aire. Es decir, las construcciones neumáticas son aquellas que se pueden hacer a partir de aire. Las estructuras neumáticas desafían la gravedad de una manera completamente original, pues contrariamente a las estructuras comunes cuyo peso debe ser distribuido en el suelo, imponen una carga que actúa en sentido contrario a la gravedad. Cuando esta carga ascensional no esta adecuadamente contrarrestada por un conveniente instrumento de anclaje, la estructura o alguna de sus partes se levanta del suelo dejando que el aire se escape y haciendo posible el fracaso total. Las construcciones neumáticas pueden estar hinchadas o soportadas por el aire. Ambas poseen un peso estructural extremadamente bajo (el cual esta determinado por el tipo de membrana que se

utiliza), también el tiempo de armado y de desmantelamiento es muy corto (depende del tamaño del edificio, las condiciones del suelo, los tipos de anclajes y la cantidad de mano de obra disponible), pudiendo ser trasladas y usadas luego de un largo almacenamiento.

Estructuras soportadas por aire.

Una de las principales características de este tipo de estructura es que la influencia en las cargas es más perceptible que en estructuras convencionales.

En una construcción soportada por aire deben considerarse tres tipos de carga:

Cargas muertas: son el peso propio de la estructura, el cual es tan insignificante el cual puede despreciarse en el momento de proceder al diseño. La influencia del peso propio es mayor en el plano horizontal y desciende gradualmente hasta cero conforme se acerca al plano vertical.

Cargas suspendidas de la membrana

Cargas vivas: son las causadas por los parámetros climáticos como la lluvia y como la nieve.

Cargas de presión

Este tipo de construcción posee cuatro elementos a considerarse:

Membrana que compone la estructura. Medios para soportar esta membrana. Medios para anclarla en el suelo (anclajes). Medios de entrada y salida al contenedor

ambiental (accesos).

Estructuras hinchadas por aire.

Este tipo de estructura presenta gran practicidad y sencillez en su armado y tecnología.

Es una estructura en la cual el aire esta contenido por una membrana para formar elementos estructurales inflados, como columnas, vigas, arcos y paredes. No son aconsejables para cubrir grandes espacios. El hinchamiento se efectúa a través de una válvula muy similar a la de los neumáticos de los coches. Existen tres sistemas de hinchado:

Estructuras con nervaduras a baja presión

La construcción consiste en una membrana tubular que esta inflada con aire a baja presión. Estas son aconsejables para estructuras pequeñas.

Estructuras con nervaduras a alta presión.

La construcción consiste en una membrana tubular que esta inflada con aire, pero al

contrario de la anterior, estas se hinchan con aire a alta presión.

Estructuras de paredes dobles.

Son las estructuras a base de tubos hinchados que están uno al lado del otro. Las paredes están unidas entre si mediante diafragmas o hilos transversales.

DISPOSITIVOS DE ESTABILIZACION

La presión de estabilización de la membrana es un elemento estructural importante en una estructura neumática. Su producción y mantenimiento tanto como su constante control exigen la provisión de un equipo técnico especial:

EQUIPAMIENTO MECANICO

Los equipos mecánicos, (de inflado) se dividen en:

Los que operan axialmente: la corriente del aire fluye en la misma dirección que los ejes del equipo.

Los que operan radialmente: el aire se succiona desde los laterales.

Los que operan tangencialmente: constan de un eje con paletas que actúan como impulsores girando dentro de un cilindro.

FACTORES FISICO - ESTRUCTURALES

Control de humedad

Ya que las membranas son impenetrables, es necesario, para un mayor confort, la penetración de aire y humedad. Para ello, se agregan faldones de ventilación, dejando estos que el aire circule mas fácilmente, pudiendo ser omitidos al realizar cambios totales de aire por hora (cuando las membranas son telas forradas).

Control térmico

Por la delgadez de las membranas, los índices de aislamiento térmico son muy bajos, asimilándose al

de un cristal en una ventana. Para evitar este factor se puede revestir dicha membrana con material aislante, por medio de una laminación (colocándose espuma hecha de goma, polistirol, PVC y poliuretano, etc.).

Acústica

Aunque este tipo de edificios aun no son aptos para representaciones musicales, las cuales poseen grandes exigencias acústicas. Se pueden lograr muy buenos resultados colocando una instalación de altoparlantes correctamente dispuesta para eventos tales como conferencias, reuniones, etc.

MATERIALES DE LAS MEMBRANAS

La elección del material de la membrana depende de la función y el tiempo de duración previsto para la estructura. Los materiales se pueden clasificar en dos tipos, los isotrópicos y anisotrópicos, siendo los primeros los que presentan la misma resistencia y capacidad de estiramiento en todas las direcciones mientras que los materiales anisotrópicos tienen propiedades de dirección orientada.

Tipos de membranas:

Membranas de Películas plásticas

Las películas plásticas transparentes no tienen la suficiente resistencia a la acción de los agentes atmosféricos siendo muy susceptibles a deteriorarse bajo los rayos ultravioleta. No obstante, existen ciertos materiales de reciente creación como el politetrafluoretileno, los cuales son ligeros resistentes y durables, y muy aconsejables para las estructuras neumáticas .

La unión de las películas plásticas se realiza mediante la soldadura, en algunos casos lográndose uniones tan resistentes como el mismo material. El cosido o el encolado reducen considerablemente la resistencia de la película.

Membranas de tejidos con una capa de revestimiento

Son los tejidos hechos de fibras de vidrio o sintéticos que están revestidos por una película de PVC, poliéster o poliuretano.

Membranas de caucho

Estas son muy flexibles y útiles particularmente para ensayos ya que pueden ser constituidas una amplia variedad de formas sin patrones de corte demasiado complicados.

Membranas de tejido metálico

Consisten en fibras de acero inoxidable revistadas en un material que les permite hacerlas impermeables al paso del aire. Este material posee gran resistencia y duración pero su costo elevado impide utilizarlo en aplicaciones ordinarias.

Membranas de laminas de metal

Las laminas de metal poseen una muy alta resistencia a la difusión gaseosa pero solo pueden usarse para estructuras neumáticas cuando son bastante flexibles (teniendo cargas de roturas muy bajas).

Actualmente se utiliza ya una lamina plástica de aluminio, sobre todo a causa de su gran reflexión de calor. Es ligera, muy resistente, impermeable y posee notables propiedades durabilidad. Pero aun falta demostrar su adaptabilidad a las estructuras de grandes proporciones.

Espumas plásticas rigidizantes

Se utilizan para darle la rigidez que necesita la estructura evitando la necesidad de un continuo suministro de aire para mantenerse erecta. Por ejemplo, la espuma de poliuretano.

ANCLAJES

La fuerza que ejerce el aire contra la gravedad hace que los diferentes tipos de membranas que componen la estructura tiendan a ascender, para contrarrestar esta fuerza ascensional es necesario adherir a la estructura una especie de mecanismo capaz de evitar el asenso indeterminado de la membrana a la cual se le esta aplicando aire. Este mecanismo es denominado anclaje.

Cualquiera que sea el método empleado para el anclar la estructura, las fuerzas de anclaje deben ser distribuidas uniformemente en todo el perímetro del edificio con el fin de evitar las concentraciones de tensiones en la membrana (a menos que esta este reforzada por cables o redes, en cuyo caso el anclaje deberá efectuarse en determinados puntos). Dos son los métodos empleados para contrarrestar esas fuerzas ascensionales: El lastre y el Anclaje positivo en el suelo.

El Lastre

El anclaje a base de lastre se usa principalmente en estructuras que deben desplazarse frecuentemente de un lugar a otro. Como las condiciones del lugar pueden variar considerablemente, deben elegirse en cada caso los métodos de lastre apropiados.

Lastre de agua

A primera vista, el agua puede parecer ideal como lastre, puesto que su precio es insignificante y se encuentra fácilmente, pero como esta es vulnerable a las acciones vandálicas y a los deterioros accidentales solo vasta un agujero para que peligre toda la estructura. Esto determina la fragilidad que este tipo de lastre presenta.

Lastre de tierra

Este método consiste en llenar el tubo del lastre con alguna materia sólida como tierra, arena o gravilla. El tubo se une al perímetro y se corta a lo largo de su cara exterior para facilitar las operaciones de vaciado y llenado. Una vez lleno el tubo, se ata o une firmemente a la estructura.

Otra variante de este método consiste en excavar alrededor de la estructura una zanja en la cual se coloca la falda o ala que corre en el perímetro de la

misma estructura; con el subsiguiente relleno de la zanja.

También es aconsejable como lastre un material mas denso, como las planchas de hormigón y las piedras.

Sistema de anclaje en el suelo

En este tipo de sistemas la membrana está positivamente atada al suelo en frecuentes intervalos. Las fuerzas de anclaje deben distribuirse uniformemente en la membrana y a lo largo del perímetro de la estructura, lo que puede lograrse de varias maneras.

Los anclajes del suelo pueden ser clasificados en dos grupos generales: los anclajes de superficie y los subterráneos.

Anclajes atornillados

En estos se remata la membrana con un dobladillo, por el que pasa una cuerda; se toman después tiras de acero, hierros en ángulo, mangueras o incluso listones de madera y se atornilla, por encima mismo del dobladillo y a través del tejido, a un durmiente de madera. Esas secciones de acero o de madera

forman una faja continua alrededor del perímetro y se fijan al durmiente de madera que generalmente está empotrado en hormigón.

Manguera en dobladillo

Consiste en un dobladillo abierto, cosido en el extremo inferior de la membrana, con aberturas semicirculares dispuestas a intervalos de aproximadamente 1 metro. En este dobladillo hay insertadas secciones de mangueras que están fijadas a los anclajes en las aberturas indicadas.

Anclajes catenarios

Consiste en colocar un cable o una cuerda en catenaria en el interior de una vaina de tejido, que se cose en la base del material de la membrana. Esta catenaria se fija directamente a los anclajes, en frecuentes intervalos.

Este sistema es muy flexible y resulta útil cuando una estructura deba usarse en dos o mas lugares con anclajes dispuesto permanentemente, o cuando en una localidad debe constituirse estacionalmente una misma estructura

ABERTURAS DE ACCESOS

Esta es la faceta de la estructura soportada por aire que presenta el mayor problema de diseño.

Ya que el espacio utilizable tiene una presión diferente de la exterior es necesario estructuras especiales de acceso que sean tan herméticas como sea posible.

Existen puertas convencionales de construcción especial para ser instaladas en membranas.

Una de ellas son las puertas - trampa y se las instala en una sección circular reforzada por un cable en la envoltura. Esta se mantiene en equilibrio por un eje central de rotación y por la presión central del edificio.

Puertas sobre deslizantes: consisten en dos membranas de las cuales la interior esta apretada contra la exterior. Son difíciles de abrir.

Puertas tipo labio: los dos bolsones en forma de labio se aprietan uno contra el otro debido a la presión interna. Estas son fáciles de abrir desde afuera, pero no desde adentro.

Puertas acolchadas: consiste en dos cilindros alargados apretados entre si por la acción de la presión interna de dichos rodillos. No se logra una acción hermética satisfactoria.

Puertas giratorias: están siempre en equilibrio estable. Constituyen el tipo de acceso usado con mas frecuencia, permitiendo un trafico constante en ambas direcciones sin perdidas significativas de presión.

En muchos casos debe procurarse otro medio de acceso. Consistiría en un par de aberturas verticales en cremallera a ambos lados de la puerta giratoria.

Las grandes aberturas necesarias para el acceso de los vehículos pueden recibir una solución satisfactoria mediante una esclusa o una cortina de