Tensoestructuras: soluciones del pasado que resurgen en el futuro

Existen creaciones que hoy se ven muy modernas pero que tienen su origen en la antigüedad

Si regresáramos la mirada al pasado y centráramos la atención sobre las estructuras y la clasificación de los esfuerzos estructurales, nos encontraríamos con algo parecido a lo que se aprendió en las clases introductorias de arquitectura, en términos más términos menos, es la reminiscencia que hace el reconocido arquitecto brasileño Eduardo Souza, al introducir el tema de las tensoestructuras. Para él, «en la mayoría de las estructuras, ya sean naturales o artificiales, las fuerzas de compresión son los actores principales» (Souza, 2022).  

Antecedentes

Las tensoestructuras son una técnica de construcción no tan reciente; son mucho más antiguas de lo que se pueda imaginar. «Los primeros ejemplos se remontan a arquitecturas muy rudimentarias de nuestros antepasados, con pieles de animales tendidas para crear cobijo», reseña el mismo Souza. Y Pereira complementa anotando que «Históricamente inspiradas por las tiendas de campaña -uno de los primeros refugios concebidos por el hombre-, las estructuras tensadas ofrecen una serie de beneficios si se comparan con otros modelos estructurales» (Pereira, 2019).

En efecto, «las tiendas, viviendas en las primeras civilizaciones son probablemente las más próximas a las estructuras ligeras de hoy en día. Para los nómadas la ligereza, flexibilidad, y facilidad tanto de transporte como de construcción eran cualidades imprescindibles para su estilo de vida» (Basset Salom , 2012).

En consecuencia, las tensoestructuras se inspiran en sistemas antiguos que durante el imperio romano tuvieron una influencia determinante. Un ejemplo clásico de ello es la cubierta del Coliseo Romano que era de tela desplegable accionada mediante poleas. Elaborada primero en tela de vela y luego sustituida por lino -más ligero- se apoyaba en un entramado de cuerdas no muy conocido. Cada sector de tela podía moverse independientemente del otro, y eran accionados por un destacamento de marineros de la flota romana.

En la parte superior de la fachada estaban los huecos en los que se colocaban los 250 mástiles de madera que soportaban los cables. Todo indica que las cuerdas se anclaban en el suelo puesto que de otro modo los mástiles soportarían demasiado peso o fuerza. Para ello había un anillo concéntrico de piedras o cipos situados a 18 metros de la entrada en la planada exterior.

No obstante desde esta época y hasta mediados del siglo XX, debido a la baja demanda y a la falta de fabricantes de cables, lonas y conexiones capaces de resistir las fuerzas generadas, se dieron pocos avances tecnológicos, reseña Pereira. Agrega que fue solo después de la Revolución Industrial y el desencadenamiento del fordismo, que los nuevos desarrollos pudieron satisfacer las necesidades intrínsecas de este sistema de construcción.

Pero quizás el ejemplo natural más icónico de tensoestructura es ‘La Tela de Araña’, «por ser ligera aunque muy fuerte, resistente y fácil de mantener. Es redundante, es decir, posee elementos de sobra, que pueden romperse muchas partes sin que se produzca el colapso del resto. Como todos sus elementos están traccionados, resulta eficiente a la hora de resistir su peso propio y el de los animales que caen en ella», apunta Basset Salom.

Definición y Descripción

Teconoesctructura es el término que usualmente se usa para denominar «las estructuras que mesclan membranas y cables de acero para construir grandes cubiertas, cuyas principales características son la resistencia a la tracción, la prefabricación y la maleabilidad formal. Este tipo de estructuras requiere de muy poco material, gracias al uso de lonas delgadas que, al estirarse, crean superficies capaces de superar las fuerzas impuestas sobre ellas», reseña Pereira. Generalmente se construyen utilizando poliéster recubierto de PVC o un tejido de vidrio recubierto de politetrafluoroetileno, PTFE, normalmente de 1 mm de espesor.

Según Robert Cartes, citado por Souza, «las estructuras tensadas son formas anticlásticas caracterizadas por membranas textiles flexibles que se apoyan en cables, una estructura de acero estructural y cimientos».

Las formas anticlásticas hacen referencia a las superficies de tracción, es decir, las que llevan solo tensión sin compresión o flexión, y se basan en doble curvatura para su estabilidad. La estabilidad es proporcionada por la oposición de dos curvaturas que permiten tensar la superficie sin perder su forma. Al ser tensada la superficie reduce su elasticidad y por tanto la tendencia a deformarse bajo carga, y la propia curvatura significa que la superficie se deformará menos para cualquier extensión dada.

De las formas anticlásticas también se dice que son aquellas en las que los centros de curvatura están situados en lados opuestos de la superficie. Esto se describe comúnmente como una silla de montar. Un paraboloide hiperbólico es una superficie de esta clase.

Por el contrario las superficies sinclásticas, según Arkiplus, son aquellas en las que «los centros o curvaturas están en el mismo lado de la superficie. Esta es una forma de cúpula que puede ser creado(a) con un tejido arquitectónico por inflado, es decir, la presión del aire dentro de la cúpula mantiene la forma de la superficie cuando está tensionada, en lugar de la oposición de las curvaturas» (Arkiplus, 2020).

Souza considera que en las estructuras de tensión, «los esfuerzos de tensión tienden a alargar los componentes en la dirección de la fuerza de acción aplicada», y agrega que por ejemplo el acero «es un material con buena resistencia a la tensión». Para el mismo, se utiliza el hormigón armado precisamente en las partes donde la pieza está en tracción, pero también considera que es posible que una estructura tenga sólo partes tensadas, como en el caso de las estructuras de membrana, tensadas o tensoestructuradas, que consisten en superficies traccionadas por la acción de cables o cuerdas en las que los mástiles absorben la fuerza de tensión.

Bondades

Para Pereira esta técnica de construcción presenta variadas ventajas  entre ellas que requiere de muy poco material gracias al uso de lonas delgadas. Otras de las ventajas que considera es que el uso de cables de acero y de fibras impermeables con alto grado de resistencia, aportan una mayor protección frente a los rayos ultravioleta, los hongos y el fuego, además que permiten una mayor traslucidez y reflectividad. 

Precursores Modernos

Según Pereira, estos avances se lograron gracias a los estudios físico-estructurales iniciados por el arquitecto e ingeniero alemán Frei Otto quien desde la década de 1950 realizó los primeros estudios científicos y diseñó las primeras cubiertas con cables de acero tensado, combinados con membranas. Resalta que como estudiante, Otto visitó la oficina de Fred Severud, conociendo el Raleigh Arena en Carolina del Norte, USA, quedando impresionado por «la audaz estética y la comodidad del proyecto».

Según el mismo, de regreso a Alemania, Otto comenzó a explorar modelos físicos a pequeña escala, generando empíricamente varias superficies, mediante cadenas, cables tensados y membranas elásticas. Resalta que convencido de las utilidades de los techos tensados, desarrolló el primer proyecto a gran escala utilizando el sistema que más tarde permitiría cubrir estadios olímpicos, clubes, zoológicos y pabellones.

Reseña que en 1957 fundó el Centro para el Desarrollo de la Construcción Ligera en Berlín y agrega que siete años más tarde, en 1964, creó el Instituto de las Estructuras Ligeras (The Institut fur Leichte Flachentragwerke) en la Universidad de Stuttgart, Alemania.

Autor de reconocidos proyectos como el Pabellón Alemán para la Expo de 1967 de Montreal y el Estadio Olímpico de Múnich en 1972, Otto es famoso por su intenso trabajo de investigación, por el que fue honrado con la Medalla de Oro del RIBA y con el Premio Pritzker  en 2015. También es autor del primer libro completo sobre Estructuras de Tracción «Das Hangende Dach» (1958).

Tipos de Tensoestructuras

Según Pereira, existen tres tipos o clasificaciones principales de tensoestructuras a saber:

Estructuras Tensadas por Membranas

Son estructuras en las que la membrana está sujeta por cables, lo que permite la distribución de las tensiones de tracción a través de su propia forma.

Mallas Tensadas

Son estructuras en las que una malla de cables transporta las fuerzas intrínsecas, trasmitiéndola a elementos independientes como láminas de vidrio o madera.

Estructuras Neumáticas

En este caso la estructura está formada por una membrana protectora que es soportada por medio de la presión del aire.   

Usos

La superficies de tracción pueden utilizarse en edificios para crear gabinetes delgados, de largo alcance bien sea como techos para estadios, centros deportivos, centros comerciales, atrios, plantas industriales y agroindustriales, etc.

En conclusión, las tensoestructuras son un sistema que desarrolla tecnologías de la construcción que tiene sus raíces en las la Tiendas de Campaña ideadas y utilizadas en la antigüedad como las primeras formas de cobijo de los humanos. Esta rama de la construcción ha tenido una auge determinante a partir de los años 50 gracias a las investigaciones científicas y los desarrollos tecnológicos adelantados por el arquitecto e ingeniero alemán Otto, a partir de los cuales ha incursionado en espacios como los centros deportivos de todo orden, la industria, la agroindustria, centros comerciales, restaurantes, etc.

Su auge tiene mucho que ver con que consume pocos materiales y sus técnicas, que aunque se basan mucho en la ingeniería y en las ciencias físicas, son relativamente sencillas, lo que a su vez hace que sus costos de diseño y construcción sean muy bajos comparados con otras ramas.

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Referencias

• Arkiplus. 2020. arkiplus.com. Estructuras Anticlásticas. [En línea] Arkiplus, 2020. https://www.arkiplus.com/estructuras-anticlasticas/.
• Basset Salom, Luisa. 2012. riunet.upv.es. Tensoestructuras. [En línea] Universidad Politécnica de Valencia, 2012. https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/16499/Tensoestructuras.pdf;jsessionid=B06266D0CABA83C2626EB50F2B21B62C?sequence=3. 
• Pereira, Matheus. 2019. archdaily.co/co. Tensoestructuras: ¿cómo funcionan y qué tipos existen? [En línea] 19 de abril de 2019. https://www.archdaily.co/co/914377/tensoestructuras-como-funcionan-y-que-tipos-existen. 
• Souza, Eduardo. 2022. archdaily.co/co. ¿Cómo funcionan las estructuras tensadas y qué materiales se pueden utilizar? [En línea] ArchDaily, 3 de mayo de 2022. https://www.archdaily.co/co/981181/como-funcionan-las-estructuras-tensadas-y-que-materiales-se-pueden-utilizar?utm_medium=email&utm_source=ArchDaily%20Colombia&kth=6,211,887
• Imagen de portada. Estadio Olímpico de Múnich (Múnich, Alemania). Fuente: elsaruizgarciadeleon.wordpress.com