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.