¿Cómo funcionan las estructuras tensadas y qué materiales se pueden utilizar?

Volvamos a la primera clase de arquitectura sobre estructuras y la clasificación de los esfuerzos estructurales. En la mayoría de las estructuras, ya sean naturales o artificiales, las fuerzas de compresión son los actores principales. Son esfuerzos realizados con cargas iguales y opuestas, aplicadas en el interior de la estructura, que tienden a acortar la pieza en un sentido -o a comprimirla, como su nombre indica. No es difícil encontrar ejemplos de esto: por ejemplo, un muro de piedra o un tronco de madera pueden resistir el peso de un revestimiento a través de esfuerzos de compresión internos que son inherentes a cada material.

Fuente: Plataforma Arquitectura

Los esfuerzos de tensión, por otro lado, tienden a alargar los componentes en la dirección de la fuerza de acción aplicada. El acero, por ejemplo, es un material con buena resistencia a la tracción. Se utiliza en hormigón armado precisamente en las partes donde la pieza está en tracción. Pero también es posible que una estructura tenga sólo partes tensadas, como es el caso de las estructuras de membrana, tensadas o tensoestructuras, que consisten en superficies traccionadas por la acción de cables o cuerdas en las que los mástiles absorben los esfuerzos de compresión.

Según lo define Robert Cartes, “las estructuras tensadas son formas anticlásticas, caracterizadas por membranas textiles flexibles que se apoyan en cables, una estructura de acero estructural y cimientos”. Los primeros ejemplos se remontan a arquitecturas muy rudimentarias de nuestros antepasados, con pieles de animales tendidas para crear cobijo. Como demuestra este artículo, la historia de las tiendas de campaña destaca el ingenio y la adaptación de los humanos, con ejemplos como los “Tipi” de los nativos americanos o las Tiendas Negras de los beduinos, construidas con recursos y conocimientos locales. Hay muchos ejemplos a lo largo de la historia, desde simples carpas hasta grandes estructuras de circo, incluidas investigaciones que muestran su uso incluso en el Coliseo de Roma, que se utilizó para proteger al público de la lluvia.

Sin embargo, esta tecnología evolucionó rápidamente durante el siglo XX, con grandes aportes del arquitecto Frei Otto, quien estaba fascinado por la experimentación y ya había aplicado los conceptos de sustentabilidad mucho antes de que este término se popularizara. Según una retrospectiva de su carrera, producida por el MoMA, “Reclutado en la Fuerza Aérea Alemana, sirvió como piloto durante la Segunda Guerra Mundial. En un campo de prisioneros en Chartres, fue puesto a cargo de un equipo de reconstrucción que intentaba reparar puentes y edificios sin ningún material de construcción.

Su ingenio metódico llevó a Frei Otto a soluciones estructurales que, descubrió más tarde como estudiante, no eran prácticas comunes de ingeniería sino innovaciones genuinas”. Otto desarrolló extensos ensayos sobre estructuras tensadas y realizó obras importantes e imponentes, como el Estadio Olímpico de Munich. “La teoría de las estructuras mínimas de Frei Otto se ha resumido como un intento de lograr, a través de la máxima eficiencia de la estructura y los materiales, la utilización óptima de la energía de construcción disponible. Como consecuencia, ve al arquitecto menos como un diseñador que como un administrador de esta energía, que es la suma total de material y mano de obra involucrada en la construcción”.

Otro nombre importante en esta área fue el alemán Horst Berger, quien desarrolló cálculos matemáticos que permitieron trasladar este proceso a la estructura constructiva. Las obras de Berger incluyen la terminal Haj en Jeddah, Arabia Saudita, terminada en 1981 y el Gran Salón del Aeropuerto Internacional de Denver (1994).

Al tratarse de estructuras extremadamente sobrias, con muy pocos elementos, junto con cables y marcos normalmente de acero, existen algunas posibilidades de materiales para las membranas, que se mantienen en constante desarrollo para aumentar la durabilidad, la facilidad de mantenimiento y la capacidad de resistir a la más esfuerzos. Para exteriores, los más utilizados actualmente son los denominados “tejidos revestidos estructurales”, que consisten en una malla interior recubierta de películas protectoras que aportarán impermeabilidad, resistencia al fuego y colores al tejido. Los materiales más comunes son los siguientes:

Cloruro de polivinilo (PVC)

Este es posiblemente el material más utilizado. Según un estudio desarrollado por ArchitenLandrell, el PVC tiene una buena resistencia y capacidad de mantenimiento, y es más asequible frente a otras opciones. Sin embargo, permite que se traspase la menor cantidad de luz del exterior al interior.

Politetrafluoretileno (PTFE)

El PTFE, un plástico de polímero de etileno, es bastante resistente y duradero. No obstante, es la opción más cara y no permite su desmontaje y posterior montaje. Por su resistencia a los rayos ultravioleta, es muy utilizado en climas extremos como el desierto o en lugares muy fríos.

Fibra de vidrio recubierta de silicona (SiPE)

Cuando un proyecto requiere un mayor grado de translucidez, este es el material más recomendado. Sus características funcionales se asemejan al PTFE, con una vida útil de unos 35 años y buena resistencia a los rayos ultravioleta.

Etileno tetrafluoroetileno (ETFE)

ETFE es un plástico a base de flúor. Este material ha sido ampliamente utilizado desde la década de 1970 y permite una transparencia casi total. Mayormente utilizado en invernaderos, fachadas, piscinas, zoológicos y otros, tiene una buena resistencia al fuego y puede reciclarse fácilmente al final de su vida útil.

Además, se está investigando para incorporar nuevas funciones y mejorar la eficiencia de estas membranas. Por ejemplo, para incluir células fotovoltaicas en membranas, integrar iluminación artificial y mejorar aún más las cualidades térmicas y acústicas para que su uso pueda ser más generalizado y por tanto cumpliendo requisitos cada vez más exigentes.