Sábado 2 Marzo 2024

CUBIERTAS TEXTILES 2022

“TEXTILE ROOFS 2022” – XXV TALLER INTERNACIONAL, BERLIN -Escrito por el profesor Josep Llorens

“Textile Roofs 2022”, el vigesimoquinto taller internacional de diseño y realización práctica de membranas arquitectónicas tuvo lugar del 9 al 11 de mayo de 2022 en el Observatorio Archenhold de Berlín, presidido por la Profesora Dr.Ing.Rosemarie Wagner del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y el Dr.Ing.Bernd Stary de Academus, Berlín. Asistieron 104 participantes procedentes de 18 países y 3 continentes que confirmaron una vez más el interés de la convocatoria de este taller, que se ha venido realizando anualmente desde que se inauguró en 1995.

La energía de los primeros días, cómo empezó "Cubiertas Textiles"...

Horst Dürr en la primera presentación se refirió a los motivos que condujeron a la organización de "Textile Roofs 1995". Calificó este año como perteneciente a la era "Frei Otto" caracterizada por el desarrollo de la tecnología de las cubierta textiles nacidas en 1954 de la mano de Frei Otto y Peter Stromeyer. Citó alguos ejemplos sobresalientes como la cubierta móvil del teatro al aire libre de Bad Hersfeld (fig.1). También mencionó los avances que se produjeron en los materiales, los métodos de análisis, la confección, los detalles y la construcción aunque consideró que las fuentes de energía más importantes fueron la motivación, la voluntad, la perseverancia, el interés, la curiosidad y el entusiasmo. En 1995 Lothar Gründig y Bernd Stary organizaron la primera edición de "Textile Roofs" convocando a expertos de todo el mundo que presentaron y discutieron sus obras y trabajos de investigación, realizándose en paralelo un seminario-taller. De cara al futuro, el conferenciante consideró que habrá que tener en cuenta la sostenibilidad y la digitalización, incorporando nuevos actores, aplicaciones y materiales y, sobretodo, manteniendo el entusiasmo y la curiosidad.

1 DISEÑO

Modelización informática
Jürgen Holl presentó algunos de los aspectos de proyecto desarrollados por la empresa de software TechNet, destacando que el análisis requiere modelos o sea descripciones simplificadas de la realidad basadas en hipótesis geométricas y mecánicas. Describió la obtención de la forma, el análisis estructural y el patronaje subrayando la necesidad de que el modelo integre la membrana y su soporte estructural para que se tenga en cuenta la interacción, que es significativa. También señaló la posibilidad de automatizar el proceso, para los casos repetitivos, como el de la Allianz Arena de Múnich (fig.2). Más información en https://www.technet-gmbh.com/en/

Obtención de la forma

El ponente Robert Roithmayr empezó citando a Frei Otto: "Hay que cavar hondo para volar alto". Tras una mención general al espacio y la arquitectura, por un lado, y a la estructura y la ingeniería, por otro, comentó algunas cuestiones clave del diseño de las cubiertas textiles, tales como la flecha de los cables y las superficies, la acumulación de agua, las curvaturas, la carga del viento y las proporciones. Presentó el programa de máster de posgrado "Estructuras ligeras de membrana" que se imparte en la Universidad de Donau Krems para profesionales de las estructuras ligeras de membrana. Contempla tanto el diseño, la arquitectura y la ingeniería como los materiales, la fabricación, el montaje y la administración. Se apoya en el programa "formfinder" y su base de datos, que se pueden consultar en: www.donau-uni.ac.at/dbu/membrane y https://www.formfinder.at/. Acabó con una demostración de "Membrane Viewer formfinder", una aplicación que escanea el entorno para colocarle un proyecto y obtener una visión realista.

Ingeniería eólica. Cargas de viento en cubiertas textiles


M.Buselmeier de Wacker Ingenieure GmbH expuso que las cargas de viento realistas, incluidos los efectos dinámicos sobre formas complejas y flexibles, no se contemplan en las normas EN 1991-1-4 ni la ASCE 07-2016. Por ello, Wacker Ingenieure, fundada en 1992 como empresa derivada de la Universidad de Karlsruhe, ofrece servicios técnico-científicos en el ámbito de la aerodinámica aplicada a los edificios y el flujo de aire interior. Está equipada con un laboratorio de túnel de viento (fig.4), un taller de fabricación de modelos, sistemas de medición, programas propios de código abierto y comerciales y un centro de computación de alto rendimiento para cálculos numéricos. Con estas instalaciones es posible investigar construcciones especiales no contempladas directamente en las normas a las que no son aplicables otras experiencias. La lista de proyectos investigados incluye entre otros estadios, tejados, fachadas, puentes, proyectos solares de edificios altos y públicos, torres, aeropuertos, hangares y estaciones (https://www.wacker-ingenieure.com/).

Acústica de las cubierta textiles

El profesor Josep Llorens de la Escuela de Arquitectura de Barcelona introdujo el comportamiento acústico de las cubiertas textiles señalando que no suele ser satisfactorio debido al material y a la geometría (fig.5). Revisó los conceptos básicos de la acústica, citando al coeficiente de absorción acústica y al factor de reducción del ruido y señalando que pueden mejorarse mediante revestimientos, aislamientos y membranas dobles con interposición de cámara aislada o no. También mencionó la geometría como factor acústico primordial porque determina los recorridos sonoros, las reflexiones, la inteligibilidad y la reverberación. Presentó los resultados de algunas mediciones realizadas de los valores de absorción (que no suelen ser adecuados), del tiempo de reverberación (que suele ser excesivo) y del ruido de fondo (que suele ser molesto debido a la falta de aislamiento acústico). Para hacer frente a estas dificultades, aconsejó dimensionar adecuadamente el volumen, dar la forma conveniente a las superficies, elegir los materiales, controlar las trayectorias sonoras para ajustar el tiempo de reverberación, aumentar el aislamiento acústico y evitar las reflexiones focalizadas. Apuntó que se pueden mejorar los edificios existentes aumentando la absorción con revestimientos porosos, cielos rasos, dispositivos colgantes, reduciendo o aumentando el volumen, evitando las transmisiones sonoras del exterior o utilizando barreras acústicas. Una colección de ejemplos prácticos medidos completó la presentación.

Estructuras neumáticas. Protección contra el encharcamiento

La presentación del Dr.Carl Maywald de Vector Foiltec GmbH (https://www.vector-foiltec.com/) empezó destacando que la construcción actual y futura imponen el ahorro energético, requieren que se construya con menos material y que se recicle. Se centró para ello en las envolventes de ETFE, como por ejemplo el Gondwanaland del Zoo de Leipzig. Estaba especialmente preocupado por el encharcamiento del agua sobre la cubierta, que puede provocar fugas, fallos y daños. Para evitarlo presentó varios sistemas de drenaje, como tubos rígidos o flexibles y válvulas. También se refirió a la nieve que se desliza por las pendientes y que es más difícil de eliminar. La presentación terminó con el "Shed", el centro de arte y cultura en Manhattan de ocho plantas envuelto por una carcasa móvil en forma de U invertida con 148 cojines de ETFE rellenos de aire a baja presión, que se mueve sobre raíles impulsados por ruedas gigantes. De esta manera se duplica el espacio interior utilizable del edificio. El "Shed" se publicó en el número 3 de la Revista TOLDO, 2019.

2 PROYECTOS

El parque olímpico de Munich 1972. Cómo se hizo a tiempo

El Doctor Ingeniero Jos Tomlow contó la historia del proyecto de la cubierta del estadio olímpico de Múnich, que no estuvo exento de dudas y discusiones. El concepto principal del proyecto presentado por Behnisch and Partner era un parque deportivo al que se adecuaba muy bien la carpa experimentada en la expo de Montreal. J.Joedicke, H.Isler, F.Otto, F.Leonhardt, J.Schlaich y K.Linkwitz, entre otros, participaron en el desarrollo y las discusiones. Destacaron los aspectos relacionados con la búsqueda de la forma y el cálculo, que se basaron en la modelización física y fotogrametría y el análisis numérico, que no se había aplicado hasta la fecha, por lo que tuvo que ser debatido y comprobado para la ocasión. De las novedades introducidas, una de las más utilizadas posteriormente es el mástil flotante para aumentar el número de apoyos interiores sin interferir con el espacio interior. El final de la conferencia se dedicó a la Öko-Haus diseñada por Frei Otto y Rob Krier en 1969. Era una casa ecológica "avant la lettre" concebida como un bungalow rodeado por un gran espacio cubierto con una malla espacial.

El Arco de Triunfo de Paris envuelto

El ingeniero Jörg Tritthardt de "büro für leichtbau" presentó "El Arco de Triunfo envuelto", la película de la realización de la envoltura temporal del Arco de Triunfo de Paris proyectada por Christo y Jean-Claude y realizada por "büro für leichtbau" y sbp. El monumento se protegió y envolvió con 25.000 m2 de tejido de polipropileno reciclable y 3.000 m de cuerda roja. Se realizó un montaje previo sobre un andamiaje provisional, que dio lugar a algunos cambios. También se requirió una estructura auxiliar de acero para proteger el monumento y sus esculturas. La película se detuvo también en las particularidades de la fabricación, transporte y montaje. Cabe señalar que hubo situaciones intermedias (¿inesperadas?) que podrían considerarse tan artísticas (¿o más?) que el resultado final. El envoltorio del "Arco del Triunfo" estuvo expuesta durante 16 días, desde el sábado 18 de septiembre hasta el domingo 3 de octubre de 2021. Lamentablemente, Christo Vladimiro Javacheff falleció el 31 de mayo de 2020.

Luna Dome. Una carpa para la exposición itinerante del Apolo11

En 2019 se celebró el 50º aniversario del primer alunizaje. Para esta ocasión, se planificó un espectáculo itinerante en varias ciudades de los Estados Unidos de América. Para este espectáculo itinerante, se diseñó una gran carpa itinerante que albergaba 1.600 localidades (fig.10). La presentó el ingeniero Bernd Stimpfle de form TL (www.form-tl.de). Se creó una estructura optimizada para el montaje y el transporte. Consta de una membrana principal soportada por cuatro arcos en celosía, una cúpula de proyección y una gran fachada de ETFE. Puede ampliarse la información en el boletín TensiNews nº 40 de abril 2021, p.8 y 9.

El cojín de ETFE más grande(?) Posibilidades y riesgos

Dirk P.Emmer de Temme Obermeier GmbH, presentó la nueva cubierta de ETFE de la plaza del mercado de Poznan. Es circular y tiene una superficie de 2.400 m2. La estructura de soporte es una mesa de acero formada por un anillo exterior, un anillo intermedio y un anillo interior conectados con una trama de perfiles ortogonal. A estos anillos se unen dos grandes cojines que forman la cubierta neumática. El cojín exterior tiene una luz constante de aproximadamente 13,5 m, mientras que el cojín interior tiene una luz máxima de 17 m, que se reduce a menos de 1 m en el lado opuesto. El volumen total de los dos cojines es de 5.150 m3 sometidos a una presión de 300 Pa que se incrementa hasta un máximo de 800 Pa en caso de nieve. La lámina inferior está impresa con una trama de protección solar que además contribuye a diluir la cuadrícula estructural interior, contradictoria con la forma circular. El montaje comenzó por el cojín interior, lo que permitió hincharlo inmediatamente después de cerrarlo. A continuación se montó el cojín exterior empezando por la lámina superior. Es actualmente el mayor cojín de una cámara del mundo. Más información en TensiNews nº 42, abril 2022, p.4.

Superficies que no son mínimas y tensiones desequilibradas para maximizar la expresión arquitectónica!

La presentación de Nelson Fiedler fue un espectacular despliegue de tensoestructuras amenizado con ideas, consideraciones técnicas y anécdotas personales en torno al conferenciante y su empresa después de 43 años y 2.000 proyectos en Sudamérica y Europa. Terminó la presentación afirmando que "en la naturaleza las formas están determinadas por la función" y añadió "una estructura es bella cuando la forma sigue el recorrido delas cargas", toda una reivindicación de la funicularidad. Más información en: https://www.fiedler.eng.br/

El estadio de Batumi

El doctor Fevzi Dansik de Asma Geme mostró el estadio de la ciudad georgiana de Batumi, en el Mar Negro. Fue diseñado por la empresa turca Bahadır Kul Architecture de acuerdo con los requisitos de la categoría 4 de la UEFA y tiene capacidad para 20 000 espectadores. Se terminó en julio de 2020 con un coste de 117 millones de laris georgianos (34,2 millones de euros). A pesar de que en la actualidad se ha impuesto, para los estadios, la estructura de la rueda de bicicleta tensada por ser mucho más eficiente, la estructura principal de la cubierta es una sucesión de cerchas en voladizo. Sin embargo, la característica más destacada de este estadio es la envolvente exterior, que consiste en una serie de paneles superpuestos e iluminados por la noche, que se inspiran en el efecto dinámico de los remolinos de las danzas tradicionales del Cáucaso.

3 INVESTIGACIÓN

Membranas aisladas y adaptables

Stev Bringmann de 3dtex GmbH (https://www.3dtex.de/) empezó mostrando algunos trabajos innovadores. El primero es el primer techo de cojines de ETFE de Centroamérica, un techo escultórico titulado "Cubierta Voronoi" que cubre la plaza central del Centro Comercial Nativa en Monterrey. Está formado por 100 cojines de ETFE blancos y translúcidos que cubren una superficie de 1.600 m². Recibió el Premio a la Excelencia de la "Industrial Fabrics Association International". Después mostró la instalación neumática de Tomás Saraceno, de 39 m de diámetro que incluye una malla metálica accesible para experimentar a gran escala el paseo por una tela de araña. Finalmente propuso mejorar el rendimiento térmico de las membranas adoptando soluciones multicapa con materiales aislantes o bien haciéndolas adaptables para controlar la transmisión lumínica y la radiación.

Métodos numéricos sencillos para el análisis de tensoestructuras
El profesor Pauletti de la Universidad de Sao Paolo comenzó su presentación con algunos conceptos básicos del diseño de estructuras tensadas. Las tensoestructuras son estructuras ligeras traccionadas que dejan muy poca huella ecológica. También se diferencian de las estructuras rígidas, como por ejemplo una viga, porque cambian mucho la forma cuando varía la carga y además han de ser funiculares, es decir, tienen que seguir el recorrido de las cargas. También profundizó en el tema de la doble curvatura, la obtención de la forma, el equilibrio de la membrana mencionando la analogía de la película de jabón y las consecuencias derivadas de las superficies mínimas. Analizó con más detalle la no linealidad geométrica y los distintos métodos para afrontarla, así como los cables deslizantes, el modelado de las arrugas, las cargas de viento, los patrones de corte y las tensiones residuales. Cerró la primera parte de su contribución con el método de la densidad de fuerzas natural. Dedicó la segunda parte a algunas aplicaciones prácticas y experimentos académicos.
Cubiertas textiles para almacenamiento de biogas - Comportamiento térmico y estructural.

El gas metano se produce a partir de residuos agrícolas y se puede almacenar en gasómetros textiles. Para investigar su comportamiento térmico y estructural, el equipo de Rosemarie Wagner del Instituto de Tecnología de Karslruhe estudió los efectos de las condiciones ambientales en un prototipo de prueba de gasómetro textil hemisférico. Equipó la instalación de prueba con dos capas de tejido estabilizadas a presión con ventiladores para simular varios niveles de llenado del gasómetro. Aplicó sensores de presión y cámaras para observar su comportamiento en condiciones meteorológicas variables de viento, nieve, temperatura, presión atmosférica y radiación solar. También investigó los impactos operativos de las presiones del aire y del gas, del plegado, y de la temperatura de la membrana. Analizó la posibilidad de aumentar mucho el volumen de almacenamiento aumentando la relación altura/diámetro contando con el efecto adverso del viento. Observó que, tanto en verano como en invierno, la temperatura de la membrana exterior es muy superior a la temperatura ambiental. Se pueden consultar más resultados en: https://www.fnr-server.de/ftp/pdf/berichte/22403315.pdf

Vigas neumáticas para aplicaciones estructurales.

Tras recordar la tipología, las ventajas y las limitaciones de las estructuras neumáticas formuladas por Thomas Herzog en 1976, Jean-Christophe Thomas de la Universidad de Nantes mencionó las estructuras neumáticas básicas: tubos, conos, toroides, arcos y placas. Después pasó al método analítico para estudiar el comportamiento de las vigas hinchables en las que el pretensado procede de la presión interior y asegura tanto la rigidez como sus propiedades. Describió el comportamiento a flexión de la viga neumática señalando que las arrugas aparecen mucho antes del colapso. Al principio del inflado (paso 1) se consigue la rigidez. En esta fase se alcanza el llamado estado natural cuando la viga está sometida a poca presión que equilibra el propio peso y asegura que la sección sea casi circular. Al final del proceso de presurización, se alcanza el llamado estado inicial. En el paso 2 la viga está flechada. La flecha depende linealmente de la carga siempre que no se supere un determinado valor. Las tensiones longitudinales debidas al inflado se superponen a las tensiones longitudinales debidas a la flexión. En el paso 3 aparece una arruga al final de la fase lineal. La tensión principal de la viga desaparece. En el paso 4 la arruga se propaga alrededor de la sección y en el paso 5 se produce el colapso cuando la arruga llega a la mitad de la sección de la viga. Tras esta descripción detallada del comportamiento, el profesor Jean-Christophe Thomas se adentró en las modelizaciones analítica estática y dinámica de la viga, validadas experimentalmente.

4 PRODUCTOS

Módulos fotovoltaicos flexibles para construcción textil.

Bajo el lema "el futuro es la luz", el ingeniero Lutz Tippman mostró los módulos fotovoltaicos flexibles Heliatek que convierten cualquier edificio en un generador de electricidad. Pueden adherirse o fijarse a cubiertas de cualquier material mediante la tecnología solar más ecológica porque su huella de carbono es inferior a 10g de CO2e/kWh, no requiere materiales escasos ni metales pesados tóxicos como el plomo o el cadmio. Las láminas solares, listas para su uso, son aplicables sobre diversos sustratos, sin necesidad de estructura de soporte y sin penetrar en la cubierta existente. También destacó la facilidad de montaje por adherencia o, si no fuese posible por la dificultad/imposibilidad de preparar la superficie, también se puede recurrir al encintado, cosido o atado. Más información en: https://www.heliatek.com/en/

Energía fotovoltaica ligera y flexible

Yaniv Shemesh presentó la lámina Lumiweave, un tejido que integra captación de energía solar e iluminación, completamente ecológico, desconectado de la red eléctrica, autónomo, flexible y ligero. Proporciona sombra durante el día e iluminación nocturna eliminando emisiones de combustibles fósiles y contaminación lumínica y ahorrando costes de construcción. Las principales características del sistema son que no necesita conexión a la red, da sombra, capta energía, ilumina y se puede personalizar. Como aplicación, Lumiweave ha desarrollado el producto "Smartsol", un parasol flexible, seguro (alimentación de 12V DC), fácil de instalar, con funciones adicionales tales como la carga de móviles y el ajuste automático.

Plástico fantástico: envolturas textiles de botellas de PET recicladas.

El subtítulo de la presentación de Katja Bernert de Mehler Texnologies: "La sostenibilidad importa", resume el contenido de su presentación. Se centró en la sostenibilidad del reciclaje y la aplicación sostenible de los materiales reciclados. Afirmó que Mehler ha reciclado desde el principio. Cada año recicla unas 100.000 T de botellas de PET, lo que corresponde a 2.800 millones de unidades que alineadas darían 17 veces la vuelta a la tierra. El reciclaje es una acción a largo plazo que supone menos residuos (que de otro modo se enviarían al vertedero), ahorro de recursos naturales, menos emisiones de CO2 a la atmósfera (más de 100 millones de kg al año) y menos consumo de agua (un 50% menos al año). En cuanto a las aplicaciones sostenibles de los materiales reciclados, mencionó las ventajas de las fachadas textiles, como son el sombreado, la refrigeración, el atractivo, la mejora, la protección contra las condiciones climáticas extremas, el ahorro de toneladas de material, el ahorro en ventilación y la personalización por color o impresión. Terminó mostrando proyectos recientes supuestamente sostenibles.

Techos textiles con iluminación

El ingeniero Richard Müller de Ettlin Lux mostró un tejido combinado con luminarias que genera patrones luminosos 3D estáticos o dinámicos y crea una sensación de profundidad y color en movimiento, respondiendo a señales audiovisuales. Se trata básicamente de una placa de soporte del tejido y los LEDs enmarcada y sellada. Se pueden conseguir efectos luminosos diferentes en función de la fuente de luz (estática o dinámica, incluidas las pantallas de televisión) y de la colocación del tejido. Algunas aplicaciones son techos luminosos, sistemas modulares verticales, marcos de luz con efectos dinámicos, anillos de luz, espejos con efectos de luz 3D, salpicaderos de cocina y esculturas. Pueden aplicarse al diseño de interiores en zonas de estar, hoteles, aeropuertos, oficinas, comercios y vestíbulos.

Gasómetros multimembrana

El ingeniero. Lorenzo Spedini mostró algunos de los productos de ECOMEMBRANE s.r.l. Empezó con los gasómetros de 2 o 3 capas de tejido de poliéster revestido con PVC sometido a presión constante que almacenan el biogás producido por la digestión anaeróbica de residuos orgánicos y lodos. También mostró cúpulas para tanques de plantas industriales, agrícolas y municipales que se pueden instalar rápidamente y fabricar con diferentes materiales y formas para adaptarse a las necesidades de los clientes. Otros productos son las cubiertas para cubrir los tanques de purines para la contención de olores y la protección de la lluvia. Los gasómetros también pueden ser cilíndricos, prefabricados, colocados sobre una plataforma sin cimientos de hormigón y sin coste de instalación. También se pueden construir gasómetros gigantes para miles de metros cúbicos de 50 a 60 m de diámetro y una capacidad de 20.000 a 40.000 m3, hasta llegar al gasómetro cilíndrico reforzado con cables de 400 m (largo) x 76 m (ancho) x 32 m (alto) para almacenar 600.000 m3 de hidrógeno.
5 EL PROYECTO DE LOS PARTICIPANTES

Stoffdach se encargó del proyecto de los participantes, que consistía en una carpa fabricada con una membrana Soltis 502 de doble curvatura, diseñada como una vela de 8 puntos altos y bajos alternados y bordes unidos por correas de poliéster sometidas a cargas según la norma EN 13782. La soldadura de las costuras se realizó en las instalaciones de Karsten Daedler y la cinta de borde se cosió en obra bajo tensión previa. Los bordes se reforzaron con cintas en lugar de cables para evitar daños durante el montaje. Los tirantes no se anclaron al suelo con contrapesos, sino con anclajes Spirafix de tornillo recuperables de Ø 50 mm, ℓ = 1.260 mm.

Los talleres de modelización, la barbacoa, el crucero y el banquete

Como es tradicional en "Textile Roofs", el taller se completó con la elaboración de modelos físicos y con ordenador, una barbacoa, el crucero por el Spree y el banquete, que reunió a más participantes que las presentaciones.

Próxima edición de "Textile Roofs 2023"

El vigesimosexto taller internacional de diseño y realización práctica de membranas arquitectónicas “Textile Roofs 2023”, tendrá lugar en mayo de 2023. El formato será similar al de TR 2022, es decir, se impartirán conferencias y se organizarán talleres de maquetas y de modelado y proyecto asistido por ordenador. Más información en: http://www.textile-roofs.de

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