TENSEGRITY

TENSEGRITY
Buckminster Fuller
Fue el primero en idear los tensegrities como sistema estructural, dentro de su investigación geométrica y filosófica acerca de la sinergia. La sinergia (síntesis - energía) busca generar sistemas en donde “la totalidad es mucho más que la sumatoria de sus partes” (Edmondson, 1987).
A partir de la exploración de la manera de separar los esfuerzos de compresión y tracción, Fuller llegó a la conclusión teórica de generar una malla continua de cables, junto a una serie de elementos a compresión, de tal manera que estos últimos fueran cortos, mientras que los tensores no tuvieran límites de longitud.
El trabajo inicial estuvo enfocado a la construcción de domos geodésicos, logrando vencer la barrera de la escala en este tipo de estructuras; así se podrían construir domos de cualquier dimensión.

Kenneth Snelson

Bajo la inspiración de Buckminster Fuller y Joseph Albers durante un curso en la universidad de “Black Mountain” en Carolina del Norte, Kenneth Snelson fue el primero en elaborar un modelo de tensegrity cerrado. Muchos autores como Tony Robins, Anthony Plug, Karl Erickson, John Braley lo catalogan como su inventor. El mismo Snelson afirma que Fuller se apoderó de su idea acuñando el nombre de “Tensegrity” al modelo que elaboró.
El primer modelo de tensegrity lo llamó “compresion flotante”, en el cual unas barras se sostenían en el aire sin tocarse debido a la compresión ejercida por una malla de cables externa.
Sus esculturas evidencian el planteamiento de elementos aislados a compresión y una red continua a tracción en la que es clara la eficiencia estructural que se desarrolla en cuanto a ahorro de material y reducción de cargas.
Las estructuras tensegrity de Snelson son recorribles en un primer piso, mas no en niveles superiores; es decir que solamente soportan su peso propio, consistente en barras y tensores, y tampoco tienen cerramiento alguno.
Exploraciones más recientes se enfocan al átomo, cuya relación con los tensegrities es muy grande y había sido planteada por Fuller anteriormente; Snelson toma el magnetismo como medio para generar tensión o atracción entre los elementos. En este caso los elementos a compresión se localizan en la periferia, y son atraídos o traccionados hacia el interior.

David Georges Emmerich

Arquitecto e ingeniero francés, representante de los estudios de morfología estructural en arquitectura. Desarrolló los tensegrity de manera paralela a Fuller y Snelson, y los denominó estructuras “auto-tensionantes” (“autotendantes”) en 1958, en las cuales “tracción y compresión se equilibraban para formar una configuración poliédrica ligera indeformable y autoestable, preludio para una arquitectura sin cimentación, desarrollada a partir de la combinación geométrica de sus componentes.
El principio de estas estructuras autotensionantes es el de la “morfogénesis”: las formas son unos “seres geométricos en el espacio” que se organizan según sus propias leyes. Su auto constitución se desenvuelve dentro del principio de la autoconstrucción y la utopía de una sociedad dentro de la cual cada uno podría construir su propio hábitat.
Kwan y Pellegrino
Introducen el concepto de cables pasivos y activos, el cual hace referencia a la posibilidad de aumento de longitud de los cables activos con el propósito de generar inestabilidad en el sistema y hacerlo plegable hacia un plano. Y además estudian la posibilidad de plegado mediante el acortamiento de las barras, lo que ofrece una

disminución mucho mayor del volumen del tensegrity plegado. Esto sugiere otra manera de aplicar las cualidades de liviandad de los tensegrities para hacerlos retráctiles y/o transportables.
Mouard Bouderbala y René Motro
De la escuela de arquitectura de Languedoc-Roussillon en Montpellier, proponen dos modos de plegar los tensegrities aplicando el concepto de “cables pasivos y activos” de Kwan y Pellegrino, alargando los tensores. Desarrollan el sistema de alargamiento de los tensores para dos tensegrities: dipirámide de base cuadrada (diagonales) y cubo construido por sus aristas. En las figuras se muestra la plegabilidad de tensegrities agrupados linealmente (mástil) y de la agrupación en un plano.
Mediante la elongación de los tensores se obtiene la inestabilidad del sistema y su plegamiento en un plano. Un inconveniente es que la cantidad de cables activos es igual a la de módulos agrupados.
DEFINICIÓN
El término tensegrity fue propuesto por el inventor alemán R. Buckminster Fuller al patentar en noviembre de 1959 las “Tensile-Integrity Structures”. Tensegrity es la conjunción de las palabras tensional integrity (integridad de tensiones); sin embargo, en la actualidad no se ha establecido con absoluta claridad cuándo un sistema es tensegrity o no, y su definición está todavía en discusión. Fuller dice:
“Todas las estructuras, debidamente entendidas, desde el sistema solar hasta el átomo son estructuras tensegrity” (Fuller, 1975).
En el sistema solar existen unos elementos de masa (compresión) vinculados en el interior por energía en la periferia (tracción). Su funcionamiento es el mismo del tensegrity; no obstante, en la práctica resulta inmanejable pensar que todo es tensegrity. El mismo Fuller más adelante dice:
“Las estructuras neumáticas son puramente tensegrities” (Idem).
Aquí la disociación del trabajo estructural, compresión interna y tensión externa es clara y se asemeja mucho más al funcionamiento de los tensegrities. Sin embargo, las estructuras neumáticas y los tensegrities son sistemas estructurales diferentes, básicamente por la forma y distribución de sus elementos constitutivos. Y, finalmente, los define así:
“Los tensegrities describen el principio de relación estructural en el cual la estabilidad de la forma se mantiene gracias a la continuidad de un sistema a tracción, mas no por el comportamiento aislado de elementos a compresión... En el tensegrity hay una confluencia de factores de óptimo trabajo estructural” (Idem).
Otra aproximación es la de R. Conelly y A. Black en “Mathematics and tensegrity”, en el cual asocian la manera como trabajan en el rango elástico las telarañas (redes de cables) y los tensegrities, y su respuesta ante las deformaciones. Mencionan la ley de Hooke: deformación = carga/módulo de elasticidad y la convierten en términos de energía, al plantear que:

“la energía requerida para deformar cada cable es proporcional al cuadrado de la longitud total de cables” (Conelly y Allen, 1998).
De esta manera asocian el trabajo estructural de los tensegrities y lo califican como “super estable” teniendo en cuenta que la red exterior de los tensegrities tiene los mismos esfuerzos y se deforma igual que las mallas de cables (telarañas).

Tensegrity: es una malla espacial de cables, rigidizada por elementos aislados sometidos a compresión.
CLASIFICACIÓN GENERAL
Abiertos
Requieren, para su estabilización y rigidez, elementos externos adicionales a los propios del tensegrity, como son: mástiles, anillos, tensores adicionales, cimentaciones con grandes pesos muertos para ser sometidas a tracción, etc.
Todavía está en discusión si estas estructuras se deben considerar tensegrities, ya que no están enmarcadas claramente dentro de la definición. Sin embargo, la mayoría de aplicaciones en arquitectura pertenecen a este tipo.

Cerrados

Conservan su forma gracias a cierta disposición de sus elementos a compresión y tracción, que los hacen “autotensionantes”, es decir que estos esfuerzos se resuelven dentro del mismo sistema y no requieren elementos adicionales a las barras y los tensores.
Restricciones y requisitos
Configuración espacial
1D: Este es el caso de las vigas post o pre-tensadas, en las que se aprovecha al máximo la resistencia del concreto a la compresión y del acero a la tracción.
2D: De esta manera se logra un sistema estable e indeformable que separa los esfuerzos de tracción y compresión.
3D: Es la única manera de aislar los elementos a compresión entre sí. El mundo en que vivimos se rige por las leyes de las tres dimensiones y cualquier sistema lineal o plano tiene problemas de rigidez ante cargas perpendiculares a su eje o a su plano; de esta manera, un trabajo estructural óptimo se logra estudiando la geometría del sistema en tres dimensiones y proponiendo estructuras espaciales que disocien tracción de compresión y aprovechen esta virtud estructural.

Nudos

Cada barra debe estar sometida a compresión por mínimo tres tensores en cada extremo, de tal manera que la fuerza resultante generada por los tensores corresponda con la dirección de la barra. El ángulo ideal para los tensores al proyectarlo en un plano es de 120o.
El esfuerzo de tracción que está soportando un cable depende de los ángulos entre él mismo y los otros tensores, y entre él y la barra o barras, así:
El esfuerzo es directamente proporcional a la sumatoria de los ángulos adyacentes al tensor, es decir que entre más alejados se encuentren los cables adyacentes mayor es el esfuerzo.
Del mismo modo, el esfuerzo es directamente proporcional al ángulo entre el tensor y la barra.
En los nudos en los que existen barras articuladas solo son necesarios dos tensores para transmitir las fuerzas por las barras.
Barras
Las barras pueden sufrir falla por pandeo, por lo cual se recomienda que su sección transversa sea mayor en el medio, preferiblemente huecas para concentrar el material en la periferia y disminuir el radio de giro.
Cuando las barras, además de los tensores de los extremos, poseen tensores intermedios (que lógicamente no introduzcan flexión en el elemento) las condiciones de pandeo cambian, por lo cual la sección del elemento también varía.
Tensores

Los elementos a tracción deben pre-tensionarse, hasta que el material se elongue lo necesario y pueda desarrollar la resistencia requerida y evitar deformaciones no deseadas en el sistema.
El uso de tensores elásticos puede generar cierta inestabilidad formal, no otorga rigidez en el sistema ante cargas y permite grandes deformaciones. 

PROYECTO EDEN

Este monumental proyecto ecológico emplazado en St Austell, Cornwall, Inglaterra, en una antigua cantera, cumple uno de los sueños del inventor de la cúpula geodésica, Buckminster Fuller: englobar el máximo volumen e la mínima superficie posible. La arquitectura, inspirada en lo orgánico, es imaginativa, apropiada y original. Grimshaw & Asociados fueron elegidos para diseñar un proyecto debido a su experiencia en formas curvas, como bien se demuestra en la estación de Waterloo, un sinuoso y vidriado edificio, invención de Grimshaw.

El desafío para este Proyecto Edén era crear un edificio que proveyera ambientes completamente cerrados para microclimas claves; el sitio era una alejada cantera en Cornwall, que cambiaba su forma continuamente; y el edificio debía aportar espacios ininterrumpidos para las plantas y árboles. Grandes espacios. Mientras el equipo de diseño buscaba una idea efectiva y novedosa para lograr los medioambientes ya ideados, la idea de domos inspirados en las formas de la naturaleza surgió como una fuerte idea, siempre logrando formas geométricas. Nicholas Grimshaw y sus asociados trabajaron de cerca con Anthony Hunt & Asociados, para desarrollar la estructura y definir el largo de cada pieza de acero, mediante un programa de computación de modelos en 3D. Esto permitió la fabricación de cada pieza de acero fuera del sitio de construcción, y luego ensamblarlo dentro de las estructuras y armaduras del sitio. La arquitectura final y el diseño estructural es altamente eficiente, proveyendo máxima resistencia con mínimo uso de acero y máximo volumen con menor área superficial.

Debido a la inestabilidad del terreno y a su fuerte pendiente, Grimshaw propuso que la estructura de los invernaderos se apoyase ligeramente sobre la superficie. Como si se tratasen de burbujas de jabón conteniendo un clima específico cada una de ellas, él proyectó una secuencia de ocho biosferas dispuestas en dos cadenas, cada una con cuatro bóvedas insertadas las unas en las otras. Para construir las estructuras lo más etéreas posible, reutilizó la bóveda geodésica que el diseñador, inventor y ecologista americano Buckminster Fuller patentó a finales de los años cincuenta. El principio geodésico consiste en unir superficies planas para formar una forma curva, permitiendo cubrir más espacio sin soportes internos que cualquier otro cerramiento, además de admitir enormes variaciones en los bordes. De esta forma, conforme la estructura incrementa en tamaño se hace proporcionalmente más ligera y fuerte.

Basado en este principio, Nicholas Grimshaw diseñó dos inmensos biomas, que cubren 15.600 y 7.000 metros cuadrados respectivamente, para acomodar el Invernadero Tropical Húmedo y el de Zonas Cálidas. Cada bioma está protegido por bóvedas que están realizadas con secciones tubulares de acero galvanizado, montadas y atornilladas como un mecano gigante para formar 625 hexágonos. El conjunto de la estructura está constituido por un entramado tridimensional de dos capas con curvatura esférica interconectadas, que incluyen casi 4.000 uniones y más de 11.000 barras, alcanzando la mayor de las cúpulas los 200 metros de longitud, 100 metros de ancho y 55 de altura.

La estructura está revestida por una piel de Etil Tetra Fluoro Etileno (EFTE) elegida por su permeabilidad a los rayos UV, su carácter reciclable, sus propiedades antiestáticas, su resistencia y su ligereza. La utilización de este material que pesa menos de un 1% de su equivalente en cristal permite aligerar la estructura y así ganar en superficie de iluminación. Los paneles están compuestos de tres hojas entre las que se intercalan dos abrigos de aire formando una almohada aislante. El montaje de los elementos pre-ensamblados ha necesitado la construcción de un andamio de 12 metros de altura, inscrito en el libro Guinness de los récords.

DOMO MILLENIUM

El Millennium Dome está situado en la península de Greenwich, en la ribera meridional del Támesis. Lapenínsula permaneció abandonada durante más de veinte años: propiedad ya de la sociedad British Gas, y después fue adquirida y saneada por la sociedad English Partnership, para llevar a cabo el proyecto diseñado por el arquitecto Richard Rogers en coordinación con el ingeniero Buro Happold.

Las obras comenzaron en junio de 1997, con la realización de los ocho mil pilares de cimentación, seguidos por la excavación de los espacios para los servicios, del drenaje del sitio y de la construcción de un anillo de cemento que marca la circunferencia del Dome. 

El proyecto del Millennium Dome fue concebido, originalmente como algo de menor escala, bajo el gobierno conservador de John Major, como una celebración del tipo Festival of Britain o Exposición Mundial para celebrar el tercer milenio. El gobierno laborista entrante elegido en 1997 bajo el mando de Tony Blair, amplió considerablemente el tamaño, alcance y presupuesto del proyecto. También aumentaron considerablemente las expectativas de lo que sería organizado. Justo antes de su inauguración Blair afirmó que el Millennium Dome sería «un triunfo de la confianza sobre el cinismo, la audacia sobre el conformismo, la excelencia sobre la mediocridad».

Tanto el proyecto como la propia exposición fueron objeto de considerable controversia política, por lo monumental y por el número de visitantes que nunca llegó a alcanzar la planificación presupuestaria.Actualmente ha sido rebautizado como The O2 cuando la operadora de telefonía O2 plc compró los correspondientes derechos al promotor original, Anschutz Entertainment Group.

El Dome es una cúpula de 100.000 metros cuadrados, que albergó la mayor parte de las exposiciones y los acontecimientos de "Millennium Experience", una manifestación celebrada durante el durante todo el 2000, con motivo de la entrada del nuevo milenio.

La estructura se comporta como vector activo post-tensado con anclaje externo, tiene una circunferencia de un kilómetro y una altura de cincuenta metros; está suspendida a un grupo de doce árboles de acero, cada uno de cien metros de altura, mantenidos en posición por más de setenta kilómetros de cables de alta resistencia.

El Millennium Dome es la mayor estructura de techo único del mundo ( 100.000 metros cuadrados ). La estructura se comporta como vector activo post-tensado con anclaje externo, tiene una circunferencia de un kilómetro y una altura de cincuenta metros; está suspendida a un grupo de doce árboles de acero, cada uno de cien metros de altura, mantenidos en posición por más de setenta kilómetros de cables de alta resistencia. Externamente se asemeja a una gran carpa blanca con torres amarillas de sujeción , una por cada mes del año o cada hora de la esfera del reloj, representando el papel jugado por el Tiempo Medio de Greenwich. Su planta es circular, de 365 m de diámetro, uno por cada día del año, con bordes ondulados. Aunque se le llama domo no lo es estrictamente al no sujetar su propio peso y requerir la ayuda de una red de cables sujetas por mástiles.

La cubierta está fabricada en tejido de fibra de vidrio y matriz de teflón ( PTFE coating on fibreglass weave ), un plástico duradero y resistente a las inclemencias meteorológicas, alcanzando 50 m de altura en el centro. Su simetría se ve interrumpida por un agujero por el que sale un pozo de ventilación del túnel de Blackwall.