Carga del viento en estructuras de membrana tensada: lo que deben saber los responsables de proyectos antes de realizar un pedido

La carga del viento es uno de los factores más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar y adquirir una estructura de membrana tensada. A diferencia de los tejados rígidos convencionales, las estructuras de membrana se basan en una combinación de materiales de membrana flexibles, estructuras de acero, cables y fuerzas de tensión para mantener la forma para la que han sido diseñadas.

Para los promotores, arquitectos, contratistas y distribuidores, comprender cómo afecta el viento a una estructura de membrana tensada puede ayudar a evitar cambios en el diseño, incompatibilidades entre materiales, problemas de drenaje y costes imprevistos en el proyecto.

Esta guía explica los principales aspectos relacionados con la carga del viento que los compradores deberían tratar con un fabricante de estructuras de membrana tensada antes de realizar un pedido.

¿Qué es la carga del viento en una estructura de membrana sometida a tracción?

La carga del viento se refiere a la presión o succión que genera el viento al actuar sobre una estructura.

En el caso de un techo o marquesina de membrana tensada, el viento no se limita a empujar contra una superficie plana. La geometría curvada de la membrana puede hacer que distintas zonas de la estructura sufran diferentes niveles de presión positiva y negativa.

La carga de viento real depende de varias condiciones del proyecto, entre las que se incluyen:

• Velocidad básica del viento en la zona
• Ubicación geográfica
• Altura del edificio o de la estructura
• El terreno y los edificios circundantes
• Forma de la membrana
• Curvatura del tejado
• Luz estructural
• Configuración abierta o cerrada
• Geometría de los bordes y las esquinas
• Estructura de acero portante
• Disposición de los cables

Por lo tanto, una estructura de membrana no debe diseñarse utilizando un único valor estándar de carga de viento para todos los proyectos.

Por qué es importante la carga del viento en las estructuras de membrana sometidas a tracción

Una estructura de membrana tensada funciona como un sistema estructural completo, y no como una pieza de tejido aislada.

Las cargas del viento pueden afectar a:

• Tensión de la membrana
• Cargas en columnas de acero
• Cargas en vigas y cerchas
• Tensión del cable
• Puntos de conexión
• Cargas sobre los cimientos
• Sistemas de anclaje
• Refuerzo del borde de la membrana
• Rendimiento de drenaje
• Estabilidad estructural general

En el caso de estructuras de mayor tamaño, la carga del viento también puede tener un efecto significativo en la sección de acero necesaria, el diseño de los cimientos, los detalles de las uniones y el coste total del proyecto.

Por eso es necesario tener en cuenta las condiciones del viento antes de decidir la forma de la membrana y la configuración estructural.

Cómo influye la forma de la membrana en el comportamiento ante el viento

La geometría de una estructura de membrana tensada guarda una relación directa con su comportamiento ante el viento.

Una membrana con una forma de doble curvatura o anticlástica correctamente diseñada puede distribuir las fuerzas de tracción por toda la estructura de forma más eficaz que una superficie tensada de forma incorrecta.

Geometría de doble curvatura

Muchos sistemas de membranas tensadas utilizan una geometría anticlástica, en la que la membrana se curva en diferentes direcciones.

Esta geometría contribuye a crear una superficie tensada estable y permite que las cargas se transfieran hacia la estructura portante.

Condiciones de borde

Los bordes de la membrana suelen estar reforzados y unidos a estructuras de acero, cables u otros elementos de soporte.

Estas zonas pueden estar sometidas a fuerzas considerables y, por lo tanto, requieren detalles de unión y refuerzo adecuados.

Zonas con vientos fuertes

Los proyectos situados en zonas costeras, terrenos abiertos, emplazamientos expuestos o regiones con tormentas frecuentes pueden requerir un análisis eólico más detallado.

La configuración de la membrana, el armazón de soporte, el sistema de unión y los cimientos deben considerarse como un sistema integrado.

Carga del viento y selección del material de la membrana

La resistencia al viento no viene determinada únicamente por el material de la membrana.

El poliéster recubierto de PVDF, la fibra de vidrio recubierta de PTFE y la lámina de ETFE presentan características físicas y estructurales diferentes, pero la idoneidad de un material depende del diseño completo del proyecto.

En el caso de proyectos en los que aún se está debatiendo la elección de los materiales, los compradores pueden comparar las principales características de los Materiales para membranas: PVDF, PTFE y ETFE antes de ultimar el pliego de condiciones.

Por este motivo, los compradores deben evitar elegir una membrana basándose únicamente en la comparación del nombre del material o el gramaje del tejido. Las especificaciones de la membrana deben evaluarse junto con el diseño estructural y las condiciones del proyecto.

La carga del viento también afecta a la estructura de acero

Un error habitual durante el proceso de adquisición es evaluar la membrana por separado de la estructura de acero.

En realidad, las cargas del viento se transmiten a través de la membrana y el sistema de fijación a la estructura portante y, en última instancia, a los cimientos.

Dependiendo del proyecto, el sistema de soporte puede incluir:

• Columnas de acero
• Vigas de acero
• Estructuras tubulares
• Arcos
• Cables
• Barras tensoras
• Placas base
• Sistemas de anclaje
• Conexiones de cimentación

Si cambia la resistencia al viento requerida, es posible que también haya que modificar la estructura de acero de soporte.

Esta es una de las razones por las que un presupuesto de proyecto basado únicamente en dimensiones aproximadas puede no reflejar la configuración estructural definitiva.

¿Qué información necesita un fabricante para evaluar la carga del viento?

Al solicitar un presupuesto, los compradores deben facilitar toda la información posible sobre el proyecto. Esto permite al equipo de ingeniería comprender las condiciones del emplazamiento y determinar el enfoque estructural adecuado.

1. Ubicación del proyecto

El país, la ciudad o las coordenadas del proyecto ayudan al equipo de ingeniería a determinar los requisitos medioambientales y estructurales aplicables.

2. Dimensiones totales

Indica el valor aproximado de:

• Longitud
• Ancho
• Altura
• Luz
• Superficie cubierta

3. Tipo de estructura

Por ejemplo:

• Marquesina de aparcamiento
• Techo del estadio
• Marquesina de la entrada
• Marquesina de la pasarela
• Cubierta para piscina
• Estructura comercial al aire libre

4. Planos arquitectónicos

Los planos arquitectónicos, archivos CAD, bocetos o modelos 3D ya existentes pueden mejorar considerablemente la precisión de la evaluación preliminar.

5. Condiciones del emplazamiento

La información sobre los edificios circundantes, el terreno abierto, la exposición costera y otras condiciones del emplazamiento puede influir en la evaluación del viento.

6. Requisitos de diseño locales

Si el proyecto está sujeto a normas estructurales específicas o requisitos de ingeniería, estos deben comunicarse antes de iniciar la fase de desarrollo del diseño.

Facilitar esta información con antelación puede reducir los cambios de diseño innecesarios durante las fases de presupuesto y de ingeniería.

¿Una estructura de membrana más grande siempre soporta mayores cargas de viento?

No necesariamente.

El tamaño es un factor importante, pero la respuesta al viento no depende únicamente de la superficie total cubierta.

El diseño final puede verse influido por:

• Geometría
• Altura
• Luz
• Curvatura del tejado
• Disposición estructural
• Exposición del emplazamiento
• Condiciones eólicas locales
• Condiciones de apertura
• Configuración de los bordes

Por lo tanto, dos estructuras con superficies cubiertas similares pueden requerir soluciones estructurales diferentes.

Esto reviste especial importancia en los proyectos internacionales, en los que las condiciones de la obra y los requisitos de diseño pueden variar considerablemente.

El diseño de la carga del viento y el drenaje deben tenerse en cuenta de forma conjunta

El viento no es la única carga ambiental que hay que tener en cuenta. El drenaje del agua de lluvia también es importante en el caso de las cubiertas y marquesinas de membrana tensada.

Una geometría de la membrana mal diseñada puede provocar que se acumule agua en determinadas zonas. La acumulación de agua añade una carga adicional y puede afectar a la membrana, a la estructura de soporte y a las uniones.

Por lo tanto, un sistema de membranas bien diseñado debería tener en cuenta:

• Inclinación del tejado
• Curvatura de la membrana
• Puntos de drenaje
• Disposición de los canalones
• Dirección del flujo de agua
• Geometría del acero de soporte

En el caso de estructuras grandes o complejas, el drenaje debe tenerse en cuenta durante la fase inicial del diseño, en lugar de añadirse tras la fabricación.

Por qué la revisión técnica debe realizarse antes de la fabricación

Una estructura de membrana tensada es un sistema arquitectónico y estructural a medida. La forma definitiva de la membrana, la estructura de acero, los detalles de las uniones, las especificaciones de la membrana y los requisitos de cimentación deben coordinarse antes de que comience la fabricación.

Un flujo de trabajo típico de un proyecto puede incluir:

Información del proyecto → Diseño preliminar → Revisión estructural → Selección de la membrana → Ingeniería de detalle → Fabricación → Control de calidad → Embalaje → Instalación

El proceso exacto depende de la envergadura y los requisitos del proyecto, pero la revisión técnica en una fase temprana resulta especialmente importante en el caso de estructuras expuestas a condiciones de viento intensas.

Para los compradores que evalúan a los proveedores, resulta útil saber si el fabricante puede prestar apoyo al proyecto más allá de la fabricación de membranas, incluyendo la coordinación de la ingeniería, la selección de materiales, la revisión estructural, la producción y el asesoramiento en la instalación.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué información se necesita para evaluar la carga del viento en una estructura de membrana tensada?

La información importante suele incluir la ubicación del proyecto, las dimensiones de la estructura, la altura, la geometría de la membrana, las condiciones del emplazamiento, la aplicación prevista y cualquier requisito estructural local aplicable. Los planos arquitectónicos o los archivos CAD también pueden resultar útiles para la evaluación preliminar.

¿Influye la carga del viento en la elección del material de la membrana?

La carga del viento es uno de los factores que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un sistema de membrana, pero la elección del material también depende de la aplicación del proyecto, la durabilidad requerida, la transparencia, el comportamiento frente al fuego, la exposición ambiental y el diseño estructural general.

¿Se puede utilizar una estructura de membrana tensada en zonas con vientos fuertes?

Sí, las estructuras de membrana tensada pueden diseñarse para proyectos expuestos a condiciones de viento intensas. No obstante, el diseño debe tener en cuenta las condiciones eólicas locales, la geometría de la membrana, la estructura portante, las uniones y los requisitos de cimentación.

¿Debe tenerse en cuenta el drenaje en el diseño de estructuras de membrana sometidas a tracción?

Sí. La geometría de la membrana y el drenaje deben tenerse en cuenta durante la fase inicial del diseño. Unas pendientes adecuadas, la curvatura, los puntos de drenaje y las vías de flujo del agua pueden ayudar a evitar la acumulación indeseada de agua.

¿Qué datos debo facilitar al solicitar un presupuesto para una estructura de membrana tensada?

Los compradores deben indicar la ubicación del proyecto, la finalidad, las dimensiones aproximadas, la superficie cubierta, los planos (si se dispone de ellos), el material de membrana preferido (si se conoce), los requisitos relativos a la carga del viento y las expectativas de instalación. Por lo general, una información más completa permite elaborar un presupuesto preliminar más útil.