1. UNIVERSIDAD JORGE TADEO LOZANO
ARQUITECTURA
ESTRUCTURA
ADOLFO RUIZ
LUIS PADILLA HERNANDEZ
LUIGI YEPES LEZAMA
SISTEMAS DE ESTRUCTURAS
SUPERFICIE ACTIVA – SISTEMA DE MEMBRANAS
CARTAGENA / BOLIVAR
2013

2. ESTRUCTURA
Es el conjunto de elementos resistentes, convenientemente vinculados entre sí,
que accionan y reaccionan bajo los efectos de las cargas .Su finalidad es resistir y
transmitir las cargas del edificio a los apoyos manteniendo el espacio
arquitectónico, sin sufrir deformaciones incompatibles.
El Señor HEINO ENGELescribió un libro dondeclasifica las estructuras en cinco
familias que son:
ESTRUTURAS DE FORMA ACTIVA.
ESTRUTURAS DE VECTOR ACTIVA.
ESTRUTURAS DE SECCIÓN ACTIVA.
ESTRUTURAS DE SUPERFICIE ACTIVA.
ESTRUTURAS DE ALTURA ACTIVA.
ESTRUTURAS DE SUPERFICIE ACTIVA
Estructuras que basan su capacidad en la dispersión de los esfuerzos que
generan. Su estrategia resulta de la capacidad que poseen sus elementos
constitutivos para generar esfuerzos de membrana (tracción, compresión y torsión)
en virtud de la extensión o forma de su superficie.
Hacen parte de esta familia: Sistemas de láminas, sistemas de láminas plegadas y
SISTEMAS DE MEMBRANAS.
SISTEMAS DE MEMBRANAS
Las membranas arquitectónicas son estructuras elaboradas con postes, cables y textiles
tensionados que permiten diseños de gran variedad y belleza y pueden utilizarse como
cubiertas y cerramientos en estadios, coliseos, parques, centros comerciales,
aeropuertos, plazoletas de comidas, terminales de transporte, instalaciones deportivas y
centros recreativos.
Características

3. Las membranas arquitectónicas son completamente diferentes a cualquier otra solución
de cubiertas, tanto técnica como funcionalmente. A partir de cuatro formas básicas -plana,
cóncava, convexa y la parábola hiperbólica- se obtienen gran cantidad de configuraciones
geométricas, a las cuales se agregan características físicas poco comunes para lograr
estructuras únicas.
Las membranas arquitectónicas tienen muchas cualidades técnicas y estéticas:
Permiten ilimitadas posibilidades de diseño.
Se pueden instalar en todos los climas
Producen ahorros en cimentación y estructura porque son muy livianas.
Son de larga duración y fácil mantenimiento.
No se manchan fácilmente.
La iluminación interna genera reflejos nocturnos muy especiales.
Son translúcidas.
Evitan que pase el calor y mantienen ambientes confortables en clima cálido.
Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización.
Materiales de cubierta
Tejido en fibra de vidrio recubierto con Teflón o con silicona: Este material de color blanco-
crema es importado, tiene una vida útil superior a 30 años, resiste muy bien el medio ambiente, es
traslúcido y tienen excelente resistencia al ataque de los rayos ultravioleta.
Tejido en poliéster recubierto con PVC: Es importado y viene en una gran variedad de
colores, tiene una vida útil de más de 20 años, permite el paso de la luz y tiene una capa
antiadherente para protegerlo de la polución
Tejido en poliéster recubierto con PVC - Nacional: Se utiliza principalmente para carpas
publicitarias. Su comportamiento ante el medio ambiente es bueno y su vida útil es de 3 a 5 años.
Se produce en varios colores.
El diseño
Una vez que el arquitecto tiene una idea clara de la solución que desea en cuanto a estética,
funcionalidad, forma aproximada y sitios de anclaje o apoyo, el ingeniero debe buscar soluciones
que satisfagan estas necesidades y, además, cumplan con los niveles de esfuerzos permisibles y
la estabilidad general de la estructura, a un costo razonable.
Como resultado del diseño se obtienen, entre otros, la forma final requerida para el textil y la
cantidad, resistencia y longitud de los postes y los cables requeridos en la estructura.
Las membranas arquitectónicas se diseñan para resistir los mismos criterios básicos de carga que
las estructuras tradicionales. Las cargas vivas mínimas y las cargas de viento se obtienen de los
requerimientos de los códigos locales.
El proceso de crear una estructura de tensión comienza con los principios físicos básicos que
gobiernan su forma. Para producir una estructura estable, la superficie de la membrana debe tener
doble curvatura, es decir, el radio de curvatura en dos direcciones principales se debe originar en
lados opuestos de la superficie. Esta es definida como curvatura anti clástica. La forma básica se
define matemáticamente como un paraboloide hiperbólico. Esta forma básica se combina con
cables y otros elementos para crear un número infinito de posibilidades.

4. La forma básica presenta entonces dos direcciones principales de curvatura, una cóncava y la otra
convexa, y el textil generalmente se orienta de tal forma que sus fibras sean paralelas a estas dos
direcciones.
El pre esfuerzo interno correspondiente a estas direcciones genera fuerzas opuestas que
mantienen el sistema en equilibrio estático.
Cuando se aplica carga externa a la estructura, ésta se deflecta cambiando ligeramente su radio
de curvatura y entonces el esfuerzo en una dirección principal resiste la carga mientras que en la
dirección perpendicular ayuda al sistema a mantener la estabilidad. De esta forma, el textil actúa
biaxialmente para resistir cargas aplicadas. Debido a que los esfuerzos se deben resistir en ambas
direcciones, las propiedades biaxiales del textil (módulo elástico y radio de Poisson) son críticas
para el análisis.
El proceso de diseño difiere del empleado para estructuras convencionales. El análisis estructural
debe estar completamente integrado con el diseño arquitectónico. La geometría de la membrana
se establece a través de una técnica especial para asegurar el equilibrio estático del sistema. El
análisis de esfuerzos debe incorporar técnicas de "grandes deformaciones" para generar
resultados precisos.
Para definir la geometría de la membrana -lo cual no puede hacerse con precisión antes del
análisis- se establece inicialmente la "forma de equilibrio natural", un sistema compuesto solamente
de fuerzas de tensión, y después se analiza la estructura bajo varios casos de carga, utilizando
software especializado en un modelo tridimensional que permite incluir cables, postes y vigas.
Al terminar el análisis se hace un resumen de las fuerzas de reacción y se entrega al ingeniero de
diseño del cliente para que complete su análisis de la estructura de apoyo. El esfuerzo permisible
de la membrana se determina aplicando a la resistencia original a tensión un factor de seguridad
por lo menos de 4, y factores de reducción de capacidad debido a condiciones climáticas, a carga
biaxial y al manejo del material.
Uniones
El diseño de las uniones es una labor muy importante y crítica, ya que se debe asegurar que los
esfuerzos de trabajo de la membrana se transfieran suave y uniformemente a los cables y la
estructura de soporte. Las fuerzas de diseño de cables y acero son a menudo altas, así que las
uniones deben asegurar que la carga fluya adecuadamente a la estructura.
Las uniones deben ser redondeadas en las áreas de contacto con el textil. Igualmente se debe
tener en cuenta la elongación que sufre el textil luego de estar sometido por un periodo de tiempo a
carga constante, para evitar uniones con cargas desbalanceadas y desplazamientos peligrosos.
Las uniones deben estar protegidas contra la corrosión, y por ello se recomienda usar acero
inoxidable, aluminio, acero galvanizado o protección con pintura.
Los diferentes tipos de uniones son: Textil con textil, textil con cable, cable con cable, cable con
mástil y mástil con cimentación.
Fabricación y montaje
Una vez terminado el diseño, se inicia la fabricación de la estructura en tres frentes: la
fabricación de los postes de acero, la compra de los cables (según medidas de diseño) y el
alistamiento del textil, el cual se hace en dos etapas: corte y sellado.

5. Un buen proceso de fabricación y montaje debe reproducir en el proyecto construido las mismas
condiciones de geometría y niveles de tensión establecidos por el diseñador. Todo el proceso de
fabricación debe estar estrictamente controlado en cuanto a dimensiones, y el fabricante debe
entender muy bien las propiedades de esfuerzo y deformación del textil a utilizar.
Durante la fabricación el textil se manipula en el piso y por ello se debe tener especial cuidado
para que no se dañe. Se recomienda, pues, que la fabricación se realice en un área
específicamente dedicada a este propósito, en la cual la superficie y el equipo de corte o sellado
se mantengan absolutamente limpios y libres de objetos innecesarios. Se debe tener mucho
cuidado cada vez que sea necesario transportar, doblar y desdoblar el textil, planeando de
antemano lo que sucederá durante el montaje.
Después de que todo el sistema ha sido fabricado, se procede a la instalación, que también
requiere mucho cuidado y planeación en temas como estos:
¿Se debe instalar la membrana por módulos?
¿Qué tan grande debe ser cada uno?
¿En qué dirección es más fácil realizar la instalación?
Antes de comenzar, el instalador debe revisar la localización exacta de los puntos de contacto
entre la estructura de la membrana y la construcción convencional, y durante el montaje debe
monitorear permanentemente la geometría de la estructura.
La instalación se realiza en tres etapas.
1. Preparación
En esta etapa se desempaca la membrana y se coloca suelta sobre los demás elementos
estructurales, asegurándola con manilas para minimizar los riesgos que puedan tener los
trabajadores.
2. Amarre
La membrana se ancla a su sistema permanente de amarre (cables, postes, cimentación, platinas,
etc.) En caso de que no encaje adecuadamente, el problema se debe corregir antes del
tensionamiento, pues cualquier error en este sentido tiene consecuencias graves no solamente
estéticas sino también estructurales.
3. Tensionamiento
En esta etapa la membrana adquiere su forma definitiva. El tensionamiento debe realizarse gradual
y uniformemente en toda la estructura, eliminando cualquier arruga y garantizando que se obtienen
las tensiones deseadas en la membrana.
Mantenimiento
Para lograr la máxima duración posible es indispensable dar un mantenimiento apropiado a la
estructura, limpiándola periódicamente e inspeccionando en detalle las tensiones en el sistema de

6. cables para verificar que no haya pérdidas de tensionamiento que afecten el buen comportamiento
de la estructura.
Tanto las inspecciones como eventuales retensionamientos deben ser hechos por personas
calificadas y en ciclos de incrementos pequeños para no desbalancear el sistema.
Costos
El costo de las membranas arquitectónicas varía ampliamente pues depende de variables tales
como el diseño, la forma, el tipo de textil utilizado y otras. Cuando las estructuras son simétricas
alrededor de uno o más ejes, por ejemplo, los costos de análisis, patronaje y fabricación se pueden
reducir significativamente. Por otro lado, el incremento en las luces no produce necesariamente un
aumento en los costos, a diferencia de lo que sucede con las estructuras convencionales.
PROYECTOS

7. Domo de Georgia

8. Blue Moon en Groningen
tejido de poliéster recubierto de PVC impresa en 3 colores Descripción Esta estructura consiste en
una membrana compuesta con tela estampada.
Observatorio Andes Chile
Observatorio Andes Chile, recubierto de PVC Tejido de poliéster DescripciónEste techo se puede
abrir completamente al reducir los arcos. En el cierre, los arcos atraídos uno hacia el otro y la piel
de doble pared es presurizado con el fin de ser capaz de soportar la carga del viento.