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Tensegridad

Noviembre 13, 2021

La tensegridad es un principio estructural basado en el empleo de componentes aislados comprimidos que se encuentran dentro de una red tensada continua, de tal modo que los miembros comprimidos (generalmente barras) no se tocan entre sí y están unidos únicamente por medio de componentes traccionados (habitualmente cables) que son los que delimitan espacialmente dicho sistema.[1]​

Needle Tower de Kenneth Snelson

El término tensegridad, proveniente del inglés tensegrity, es un término arquitectónico acuñado por Buckminster Fuller como contracción de tensional integrity (integridad tensional).

Las estructuras de tensegridad fueron exploradas por el artista Kenneth Snelson, produciendo esculturas como Needle Tower, de 18 metros de altura y construida en 1968. El término «tensegrity» fue acuñado por Buckminster Fuller, conocido por uno de sus más famosos diseños arquitectónicos denominado domo geodésico, como la Biosphère construida por Fuller para la Expo 67 en Montreal.

Origen

 
Proto-Tensegrity Prism de Karl Ioganson, 1921

Tres hombres han sido considerados los inventores de la Tensegridad: Richard Buckminster Fuller, David Georges Emmerich y Kenneth D. Snelson. Aunque todos ellos han clamado para sí el privilegio de ser el primer descubridor, el segundo de ellos, Emmerich (Debrecen, Hungría, 1925-1996) evidenció que el primer prototipo de sistema tensegrítico, denominado “Gleichgewichtkonstruktion”, fue creado por Karl Ioganson en pleno constructivismo ruso allá por 1920.[2]​

Como precaución, los nombres de los tres mencionados autores se citan por orden cronológico según la fecha de sus patentes: Fuller-13 Nov 1962; Emmerich-28 Sep 1964; Snelson-16 Feb 1965.

Concepto

 
Tensegrity Prism, Simplex

Una estructura constituye un sistema de tensegridad si se encuentra en un estado de autoequilibrio estable, formado por elementos que soportan compresión y elementos que soportan tracción. En las estructuras de tensegridad, los elementos sometidos a compresión suelen ser barras, mientras que los elementos sometidos a tracción están formados por cables. El equilibrio entre esfuerzos de ambos tipos de elementos dotan de forma y rigidez a la estructura. Esta clase de construcciones combina amplias posibilidades de diseño junto a gran resistencia, así como ligereza y economía de materiales.

Geometría y estabilidad

La relación entre geometría y estabilidad en un sistema de tensegridad puede explicarse fácilmente utilizando un símil: la analogía del balón.

  • Forma indeterminada: El balón encierra un volumen de aire menor que el que permite su envoltura. Se tiene, por tanto, un balón desinflado y arrugado.
  • Geometría de equilibrio: El balón adopta forma esférica al igualarse la presión de aire interior con la del exterior, pero el balón aún no presenta rigidez.
  • Estado de autotensión: Con el balón completamente inflado, la presión en el interior es mayor que en el exterior. Así, el aire (elemento de compresión) confiere rigidez a la envoltura del balón (elemento de tracción).

De la arquitectura a la célula

A mediados de los años 70, Donald Ingber se plantea una hipótesis en la que relaciona las estructuras de tensegridad con el comportamiento mecánico de las células. Para comprobarlo, modela una estructura compuesta por seis barras unidas con hilos elásticos. Al colocarla sobre una superficie rígida tiende a adoptar una forma aplanada, mientras que sobre una superficie flexible se alzaba mostrando una conformación más redondeada. Este comportamiento se ajustaba al observado en células cuando se depositaban sobre el mismo tipo de superficies. Ingber concluyó que, desde un punto de vista mecánico, la célula podía considerarse un sistema de tensegridad. Los descubrimientos en biología confirmaron esta hipótesis cuando, a principios de la década de los 80, Keith R. Porter lograba desvelar una red tridimensional de filamentos en el interior de las células: el citoesqueleto, que tendrían el mismo papel que las barras y los cables en las estructuras de tensegridad: equilibrar los esfuerzos que darían forma y rigidez a la célula.

Ventajas e inconvenientes de las estructuras tensegríticas

Las ventajas de las estructuras tensegríticas son:

  • No presenta puntos de debilidad local.
  • Resulta factible el empleo de materiales de forma económica y rentable.
  • Las tensegridades no sufren a torsión y el pandeo es un fenómeno raramente presente en ellas.
  • Se tiene la capacidad de crear sistemas más complejos mediante el ensamblaje de otros más simples.
  • Para estructuras a gran escala, el proceso constructivo se vería facilitado al no necesitar de andamiajes adicionales. La propia estructura sirve de andamio para sí misma.
  • En sistemas plegables, solo se necesita una pequeña cantidad de energía para cambiar su configuración.

Los inconvenientes de las estructuras tensegríticas son:

  • Las agrupaciones tensegríticas aún han de resolver el problema de congestión de barras. A medida que crece el tamaño, sus montajes empiezan a interferirse entre ellos.
  • Se constata un relativamente alto grado de deformaciones y una escasa eficiencia del material, en comparación con estructuras convencionales geométricamente rígidas.
  • La compleja fabricación de estas construcciones es una barrera para el desarrollo de las mismas.
  • Para mantener el estado de auto-tensión, es necesario someterlas a un estado de pretensado que requeriría de fuerzas muy elevadas para su estabilidad, especialmente para aquellas de grandes dimensiones.

Estructura tensegrítica básica (Simplex)

La estructura tensegrítica más elemental es la conocida con el nombre de estructura Simplex. Consta de 6 nudos, los cuales están unidos mediante 3 elementos a compresión (barras) y 9 elementos a tracción (cables). Veamos los pasos necesarios para su construcción:

  1. - Construimos un prisma regular de base dodecagonal que nos servirá de guía para construir la estructura Simplex.
  2. - Dibujamos en la base inferior un triángulo equilátero uniendo los puntos 1, 5 y 9.
  3. - Dibujamos en la base superior un triángulo equilátero uniendo los puntos 2', 6' y 10'.
  4. - Dibujamos los elementos a compresión uniendo los puntos de las bases inferior y superior respectivamente: 1-6', 5-10' y 9-2'.
  5. - Dibujamos los elementos a tracción oblicuos uniendo los puntos de las bases inferior y superior respectivamente: 1-2', 5-6' y 9-10'.
  6. - Finalmente eliminamos el prisma regular dodecagonal y tendremos nuestra estructura tensegrítica Simplex.

      

Se puede formar una estructura más compleja formada por estructuras elementales Símplex, como se puede ver en la figura, a base de compartir uno de los vértices y una de los elementos a tracción oblicuo. Este tipo de unión se le conoce con el nombre de unión Tipo Ia.

 

Notas

  1. Gómez-Jáuregui, V. (2008) “Estructuras Tensegríticas: Ingeniería y Arquitectura Novedosas”, Ingeniería Civil. Madrid: Servicio Publicaciones CEDEX, n.º 152, diciembre 2008, pp. 87-94. ISSN 0213-8468.
  2. Gómez-Jáuregui, V. (2007) “Tensegridad. Estructuras tensegríticas en ciencia y arte el 27 de noviembre de 2010 en Wayback Machine.&rdquo. Santander: Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cantabria. 197 pp. ISBN 978-84-8102-437-1

Referencias

  • Gómez Jáuregui, Valentín (2007). . Santander. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cantabria. ISBN 978-84-8102-437-1. Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2010. Consultado el 24 de julio de 2010. 
  • Gómez Jáuregui, Valentín (2010). . Santander. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cantabria. ISBN 978-84-8102-575-0. Archivado desde el original el 28 de junio de 2012. Consultado el 24 de julio de 2010. 
  • Guzmán, M. de (2002). «Tensegridad. De la escultura a la célula». Ars Médica Revista de Humanidades 1 (2). ISSN 1579-8607, 166-176. 
  • Gómez-Jáuregui, V. (2008). . Ingeniería Civil (Servicio Publicaciones CEDEX) (152): 87-94. ISSN 0213-8468,. Archivado desde el original el 15 de mayo de 2011. 
  • Motro, R. (2003). Tensegrity. Structural systems for the future. Londres. Kogan Page Science. ISBN 978-1-903996-37-9. 
  • Ingber, D.E. (2003). «Tensegrity I. Cell structure and hierarchical systems biology.». Journal of Cell Science. 116 (7). ISSN 1477-9137, pág. 1157-1173.. 
  • Ingber, D.E. (2003). «Tensegrity II. How structural networks influence cellular information processing networks.». Journal of Cell Science 116 (8). ISSN 1477-9137, pág. 1397-1408. 
  • Ingber, D.E. (1998). «The Architecture of Life». Scientific American (enero 1998). ISSN 0036-8733, pág. 48-57. 
  • Sutherland, William Garner (1990). «Teachings in the Science of Osteopathy». Ruda Press. ISBN 0915801264. 
  • Schleip, Robert et al. (2013). «Fascia: The Tensional Network of the Human Body: The science and clinical applications in manual and movement therapy». Elsevier Health Science. ISBN 978-0702034251 ISBN 0702034258. 

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Tensegridad.
  • Sitio web del ingeniero Valentín Gómez Jáuregui
  • Frame and Form: "Tensegridad, islas de compresión en un mar de tracciones" - (artículo técnico sobre las estructuras tenségridas)
  • Sitio web del Marcelo Pars
  •   Datos: Q1930978
  •   Multimedia: Tensegrity

Noviembre 13, 2021
tensegridad, tensegridad, principio, estructural, basado, empleo, componentes, aislados, comprimidos, encuentran, dentro, tensada, continua, modo, miembros, comprimidos, generalmente, barras, tocan, entre, están, unidos, únicamente, medio, componentes, traccio. La tensegridad es un principio estructural basado en el empleo de componentes aislados comprimidos que se encuentran dentro de una red tensada continua de tal modo que los miembros comprimidos generalmente barras no se tocan entre si y estan unidos unicamente por medio de componentes traccionados habitualmente cables que son los que delimitan espacialmente dicho sistema 1 Needle Tower de Kenneth Snelson El termino tensegridad proveniente del ingles tensegrity es un termino arquitectonico acunado por Buckminster Fuller como contraccion de tensional integrity integridad tensional Las estructuras de tensegridad fueron exploradas por el artista Kenneth Snelson produciendo esculturas como Needle Tower de 18 metros de altura y construida en 1968 El termino tensegrity fue acunado por Buckminster Fuller conocido por uno de sus mas famosos disenos arquitectonicos denominado domo geodesico como la Biosphere construida por Fuller para la Expo 67 en Montreal Indice 1 Origen 2 Concepto 3 Geometria y estabilidad 4 De la arquitectura a la celula 5 Ventajas e inconvenientes de las estructuras tensegriticas 6 Estructura tensegritica basica Simplex 7 Notas 8 Referencias 9 Enlaces externosOrigen Editar Proto Tensegrity Prism de Karl Ioganson 1921 Tres hombres han sido considerados los inventores de la Tensegridad Richard Buckminster Fuller David Georges Emmerich y Kenneth D Snelson Aunque todos ellos han clamado para si el privilegio de ser el primer descubridor el segundo de ellos Emmerich Debrecen Hungria 1925 1996 evidencio que el primer prototipo de sistema tensegritico denominado Gleichgewichtkonstruktion fue creado por Karl Ioganson en pleno constructivismo ruso alla por 1920 2 Como precaucion los nombres de los tres mencionados autores se citan por orden cronologico segun la fecha de sus patentes Fuller 13 Nov 1962 Emmerich 28 Sep 1964 Snelson 16 Feb 1965 Concepto Editar Tensegrity Prism Simplex Una estructura constituye un sistema de tensegridad si se encuentra en un estado de autoequilibrio estable formado por elementos que soportan compresion y elementos que soportan traccion En las estructuras de tensegridad los elementos sometidos a compresion suelen ser barras mientras que los elementos sometidos a traccion estan formados por cables El equilibrio entre esfuerzos de ambos tipos de elementos dotan de forma y rigidez a la estructura Esta clase de construcciones combina amplias posibilidades de diseno junto a gran resistencia asi como ligereza y economia de materiales Geometria y estabilidad EditarLa relacion entre geometria y estabilidad en un sistema de tensegridad puede explicarse facilmente utilizando un simil la analogia del balon Forma indeterminada El balon encierra un volumen de aire menor que el que permite su envoltura Se tiene por tanto un balon desinflado y arrugado Geometria de equilibrio El balon adopta forma esferica al igualarse la presion de aire interior con la del exterior pero el balon aun no presenta rigidez Estado de autotension Con el balon completamente inflado la presion en el interior es mayor que en el exterior Asi el aire elemento de compresion confiere rigidez a la envoltura del balon elemento de traccion De la arquitectura a la celula EditarA mediados de los anos 70 Donald Ingber se plantea una hipotesis en la que relaciona las estructuras de tensegridad con el comportamiento mecanico de las celulas Para comprobarlo modela una estructura compuesta por seis barras unidas con hilos elasticos Al colocarla sobre una superficie rigida tiende a adoptar una forma aplanada mientras que sobre una superficie flexible se alzaba mostrando una conformacion mas redondeada Este comportamiento se ajustaba al observado en celulas cuando se depositaban sobre el mismo tipo de superficies Ingber concluyo que desde un punto de vista mecanico la celula podia considerarse un sistema de tensegridad Los descubrimientos en biologia confirmaron esta hipotesis cuando a principios de la decada de los 80 Keith R Porter lograba desvelar una red tridimensional de filamentos en el interior de las celulas el citoesqueleto que tendrian el mismo papel que las barras y los cables en las estructuras de tensegridad equilibrar los esfuerzos que darian forma y rigidez a la celula Ventajas e inconvenientes de las estructuras tensegriticas EditarLas ventajas de las estructuras tensegriticas son No presenta puntos de debilidad local Resulta factible el empleo de materiales de forma economica y rentable Las tensegridades no sufren a torsion y el pandeo es un fenomeno raramente presente en ellas Se tiene la capacidad de crear sistemas mas complejos mediante el ensamblaje de otros mas simples Para estructuras a gran escala el proceso constructivo se veria facilitado al no necesitar de andamiajes adicionales La propia estructura sirve de andamio para si misma En sistemas plegables solo se necesita una pequena cantidad de energia para cambiar su configuracion Los inconvenientes de las estructuras tensegriticas son Las agrupaciones tensegriticas aun han de resolver el problema de congestion de barras A medida que crece el tamano sus montajes empiezan a interferirse entre ellos Se constata un relativamente alto grado de deformaciones y una escasa eficiencia del material en comparacion con estructuras convencionales geometricamente rigidas La compleja fabricacion de estas construcciones es una barrera para el desarrollo de las mismas Para mantener el estado de auto tension es necesario someterlas a un estado de pretensado que requeriria de fuerzas muy elevadas para su estabilidad especialmente para aquellas de grandes dimensiones Estructura tensegritica basica Simplex EditarLa estructura tensegritica mas elemental es la conocida con el nombre de estructura Simplex Consta de 6 nudos los cuales estan unidos mediante 3 elementos a compresion barras y 9 elementos a traccion cables Veamos los pasos necesarios para su construccion Construimos un prisma regular de base dodecagonal que nos servira de guia para construir la estructura Simplex Dibujamos en la base inferior un triangulo equilatero uniendo los puntos 1 5 y 9 Dibujamos en la base superior un triangulo equilatero uniendo los puntos 2 6 y 10 Dibujamos los elementos a compresion uniendo los puntos de las bases inferior y superior respectivamente 1 6 5 10 y 9 2 Dibujamos los elementos a traccion oblicuos uniendo los puntos de las bases inferior y superior respectivamente 1 2 5 6 y 9 10 Finalmente eliminamos el prisma regular dodecagonal y tendremos nuestra estructura tensegritica Simplex Se puede formar una estructura mas compleja formada por estructuras elementales Simplex como se puede ver en la figura a base de compartir uno de los vertices y una de los elementos a traccion oblicuo Este tipo de union se le conoce con el nombre de union Tipo Ia Notas Editar Gomez Jauregui V 2008 Estructuras Tensegriticas Ingenieria y Arquitectura Novedosas Ingenieria Civil Madrid Servicio Publicaciones CEDEX n º 152 diciembre 2008 pp 87 94 ISSN 0213 8468 Gomez 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