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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

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PROCESO, RECOMENDACIONES Y GUÍA PARA EL DISEÑO, MON TAJE E INSTALACIÓN DE

LA LÁMINA ETFE

Braian Filiberto López Herrera 1, María de Lourdes Oliván Tiscareño 2 y Carla Daniela Maldonado Ríos 3

RESUMEN

El ETFE, siglas del etileno tetra fluoretileno, polímero de reciente uso como material estructural y arquitectónico, se convierte en una gran opción constructiva preferentemente en edificios de carácter civil y gran demanda de usuarios debido a su bajo peso propio y ligereza, entre otras cualidades. Sin embargo a causa de su casi reciente historia, preferentemente en Europa, es pertinente crear una guía para el análisis estructural, diseño y montaje del mismo, así como mejorar el sistema constructivo, lo cual permitirá al ingeniero o arquitecto tomar la mejor decisión y por tanto el mejor aprovechamiento del ETFE en sus proyectos.

ABSTRACT

ETFE, singles of Ethylene tetra flour ethylene, polymer of recent use like a structural and architectonic material, it´s begin in a great construction option for a low own weight and thickness, between another qualities. However for its recent history, centrally on Europe, is good idea make a guide for the structural analysis, design and building of itself, and clean and choose the best constructive options, with this the engineer or architect can take the choose could gave the best result of ETFE in them projects.

INTRODUCCIÓN

El ETFE fue manufacturado inicialmente por la firma Dupont en la década de 1970 para ser usado como aislante, pero en la industria aeronáutica para cubrir las necesidades de un material altamente resistente a la corrosión y de gran fortaleza bajo condiciones de variaciones térmicas muy amplias. Originalmente fue creado para la arquitectura naval. ETFE es el diminutivo del copolímero de etileno tetrafluoretileno, un material plástico, de gran resistencia al calor, a la corrosión y a los rayos UV (Sanso, 2012). Fue Stefan Lehnert, ingeniero mecánico alemán, quien estudió el material en busca de nuevos usos y tecnologías, él funda Vector Foitec, compañía especializada en el diseño y manufactura del material y de ahí se comienza a comercializar para uso constructivo. Su principal uso, era como polietileno dentro de casas ecológicas en la construcción de poli túneles. Las ventajas resultaron ser extraordinarias como: gran resistencia, vida duradera, transparencia ante los rayos ultravioleta y a un paso de 20 años seguía funcionando muy bien. La lámina ETFE ha tomado grandes edificaciones en los últimos tiempos como abanderadas a portarla en sus estructuras, caso como el estadio Allianz Arena en Múnich, Alemania; el centro acuático nacional de China (conocido también como cubo de agua), el proyecto Edén (mayor jardín botánico en el mundo) en el Reino Unido, entre otras.

1 Estudiante Maestría en Ingeniería Civil en estructuras, Universidad Autónoma de Zacatecas, López Velarde # 708, Col. Centro, 98000 Zacatecas, México, Teléfono, (492) 1592337; [email protected] 2 Profesora Investigadora, Universidad Autónoma de Zacatecas, López Velarde #708, Col. Centro, C.P:98000, Zacatecas, México, Teléfono: (493) 1115437; [email protected] 3 Profesora, Universidad Autónoma de Zacatecas, López Velarde #708, Col. Centro, C.P:98000, Zacatecas, México, Teléfono: (492) 8704875; [email protected]

XX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Méri da, Yucatán 2016.

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Hoy en día el uso de la lámina ETFE se ha descentralizado de Europa y comienza a ser utilizada en otras partes del mundo. En México ha sido utilizada como parte de una cubierta en Monterrey, algunos proyectos en Guadalajara y la de mayor relevancia fue en la remodelación del estadio Cuauhtémoc en Puebla (figura 1), sin embargo como se ha mencionado, su uso comienza a crecer y existen muchos nuevos proyectos con la misma.

Figura 1 Lámina ETFE aplicada en la fachada de la r ehabilitación del estadio Cuauhtémoc en la ciudad de Puebla

CUERPO DE PONENCIA Y LINEAMIENTOS GENERALES

1) CARACTERISTICAS BASICAS

El ETFE proveniente de la familia de los fluoroplásticos, la cual se caracteriza por tener gran resistencia eléctrica y química, baja fricción y estabilidad sobresaliente a altas temperaturas, sin embargo de resistencia baja a moderada y un costo alto. Los copolímeros se usan mucho en la familia de los fluoropolímeros, algunos ejemplos son el PFTE Y TFTE. El ETFE es un copolímero de etileno y tetrafluoretileno que tiene la forma que muestra la figura 2.

Figura 2 Representación de la ecuación química para obtener ETFE

1.1) Proceso de Fabricación

Para procesar ETFE (Lecuyer, 2008), se calienta la resina a temperaturas mayores a 380 °C donde alcanza el estado fundido. Las películas pueden ser creadas por cualquier extrusión o soplado, siendo la primera donde resulta un producto de mayor calidad, esto consiste en pasar la resina a través de rodillos para crear un película delgada de 2.2 mm de ancho. El soplado es un proceso menos costoso que el de extrusión (Seidel, 2009), pero el cual produce una mayor transparencia, cristalinidad, rigidez, homogeneidad en ambas direcciones y tolerancia en su espesor. Entonces para aplicaciones arquitectónicas las películas extruidas son más comunes a utilizar.


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1.2) Propiedades físicas

De acuerdo con The Master Builder (2012) es un material con excelentes propiedades térmicas, químicas y eléctricas, y una resistencia elevada al corte y a la abrasión, la lámina de ETFE es reciclable y puede soportar todas las agresiones climatológicas más de 25 años. No hay riesgo de contaminación durante sus fases de fabricación, ni consecuentemente en sus fases de reciclado. Es capaz de soportar 400 veces su propio peso, en ocasiones los efectos de la carga se presentan de manera lenta, así que gracias a su estructura es capaz de perder aire lentamente y superar la carga externa ante la presión interna, ambas láminas descansaran una sobre otra y ayudaran a repartir las cargas.

- Muy alta resistencia molecular, no reacciona con otras partículas o sustancias. - Bajo peso propio (175 g/m2). - Alta transparencia (95% luz visible/ 85% luz ultravioleta) transmite más luz que el vidrio. - Excelente comportamiento ante el fuego. - Permite la impresión de pintura y otros acabados. - Impermeable. - Auto limpiable con agua de lluvia. - Permeable a los rayos UVA, impiden el paso de los rayos UVC. - Mínimo mantenimiento. - Muy resistente a las inclemencias del tiempo. - Absolutamente reciclable y no se decolora ni oscurece con los años. - Alta durabilidad (más de 25 años). - Transmisión lumínica cercana al 100 %

Estas características, unidas al despreciable y ya mencionado bajo peso propio hacen que sea altamente competitivo ante el vidrio y la permeabilidad a los rayos ultravioleta abre además un gran abanico de posibilidades para su empleo. 1.3) Propiedades mecánicas de acuerdo a la literatu ra

Aunque en la mayoría de los materiales para la construcción están diseñados para maximizar la resistencia y la rigidez; el mayor activo estructural de ETFE es la ductilidad y la flexibilidad, siendo capaz de alargarse de 250 a 650% lo que permite que el material pueda mantener su tensión y estabilidad a pesar de grandes deflexiones. Mientras que la rigidez estructural de muchos edificios altos es dictada por la prevención de la formación de grietas en fachadas o el romper y peligros que conlleva una ventana, ETFE absorbe todo los movimientos estructurales constantes conforme a la evolución de su geometría como sistemas de cojines inflados combinados con la flexibilidad del material también puede amortiguar los efectos de las ráfagas de viento repentinas y con esto reducir las cargas de diseño de viento requeridas en la estructura. La siguiente curva (figura 3) denota una muestra a tensión-deformación para una prueba axial típica y estándar de ETFE. Dicho grafico esta utilizado para mostrar cualitativamente cepas de ETFE a baja carga, no representa la muestra de una prueba real.


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Figura 3 Grafica para una prueba estándar uniaxial de una lámina genérica de ETFE Una de las cualidades únicas del material es que posee una tensión-deformación bilineal. La curva va seguida por una gran región plástica y el primer cambio en la rigidez se denomina límite elástico, siendo este el primer punto que se ilustra. El punto de fluencia ocurre cuando el material momentáneamente pierde toda su rigidez y se convierte en altamente no lineal, después de que el límite de elasticidad es superado, el material entra en una etapa de endurecimiento por deformación en el que se puede alargar muchas veces su propia longitud. Las propiedades mecánicas estándar para una lámina ETFE se muestran en la figura 4. (Winser y Thompson, 2008; Galliot y Luchsinger, 2011, Architen Landrell, 2012).

Figura 4 Propiedades mecánicas estándar para una pe lícula ETFE

2) SISTEMAS DE FORMACIÓN ESTRUCTURAL Y FÍSICA

La instalación de la lámina ETFE solo tiene dos opciones, simplemente tensada que comúnmente es mono capa, aunque es posible que sea reforzada con más capas, y cojines presurizados o también conocidos como hinchados. 2.1) Mono capa

Una sola lámina de ETFE con geometría de doble curvatura, en ocasiones también puede estar contenida en el plano. En general, reforzada por cables en una dirección o en ambas. En las aplicaciones mono capa es crítica la tensión inicial que se introduce en la lámina como pretensada. El conocimiento del material y un buen proceso de cálculo, determinarán los valores adecuados de pretensado para que la cubierta funcione correctamente a lo largo de los años.


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Figura 5 Aplicación de lámina ETFE mono capa tensa da en el estadio Allianz Riviera en Niza, Francia 2.2) Cojines hinchados

Se construyen con dos o más láminas de ETFE cerradas por su perímetro y fijas al sistema de anclaje perimetral de aluminio. Precisan de un sistema de inflado de aire con baja humedad y a baja presión (250Pa), que se produce mediante una unidad compuesta por ventiladores y conductos de distribución de aire. Su dimensión es normalmente para los cojines de geometría circular o cuadrada (Eden Project, 2012), las medidas máximas son de 7.5 m y en cojines rectangulares no deben pasar de 4.5 m. La longitud del cojín puede alcanzar los 40 m. Las dimensiones se pueden aumentar introduciendo refuerzos con mallas de cables u otros materiales. El sistema de anclaje que se utiliza es fijar los cojines en su contorno mediante un sistema de perfiles de aluminio extruido. La estanquidad del sistema se garantiza mediante juntas de goma.

Figura 6 Aplicación de láminas ETFE como cojines pr esurizados en el estadio Allianz Arena en Múnich, Alemania

Sus posibilidades de diseño al aplicar láminas ETFE, tanto en cubiertas como en fachadas, permiten realizar formas y geometrías imaginativas singulares. La estructura principal de soporte deberá inspirarse en el diseño proyectado de cerramiento de ETFE colaborando con él. 2.2.1) Aplicaciones multicapa Las aplicaciones con láminas de ETFE (De Witt, 2002), tanto en cubiertas como en fachadas, permiten realizar formas y geometrías imaginativas y singulares. Las cubiertas con cojines dependen de la estructura primaria para absorber las cargas horizontales y verticales. La membrana de ETFE transmite las cargas a la estructura primaria a través de la membrana pretensada y la estructura de aluminio, que conecta los cojines a dicha estructura primaria.


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En las membranas multicapas, como cada hoja encierra una cámara de aire, el coeficiente de transmisión de calor es muy bajo y puede ser mejorado en función de las exigencias de cada aplicación. Para la ventilación se pueden diseñar aberturas en el cerramiento ETFE para arquitectura. 2.3) Geometrías Básicas

Las dimensiones de los cojines de ETFE dependen básicamente de su geometría, del espesor de la lámina (AV-Monográficas, 2005), de las cargas aplicadas y las distancias existentes entre los elementos que forman la estructura principal. En general, en los cojines de geometría circular o cuadrada las medidas máximas son de 7,5 m y en cojines rectangulares no deben pasar de 4,5 m. La longitud del cojín puede alcanzar los 40 m. Las dimensiones del cojín se pueden aumentar introduciendo refuerzos mediante mallas de cables u otros materiales que disminuyen las luces entre apoyos del material y, de esta forma, reducen el radio de curvatura de la láminas. 2.4) Sistema de Anclaje

Los cojines se fijan en su contorno perimetral (Eden Proyect, 2012), mediante un sistema de perfiles de aluminio extruido y con una bandeja de recogida de condensados entre los perfiles de aluminio y la estructura principal. En todas las uniones se debe tener en cuenta la estanqueidad del sistema y evitar el par galvánico entre aluminio y acero. En el contorno y entre tapas de fijación se elimina cada canto vivo con perfiles de EPDM o caucho nitrilo.

Figura 7 Anclaje de cojín a la estructura del proye cto Edén en el Reino Unido

3) MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL PARA COJINES

Una estructura o un miembro estructural se considera que es geométricamente lineal cuando los desplazamientos reales son directamente proporcional a la carga aplicada y geométricamente no lineal cuando no lo son (Koch,2004). Las estructuras de membrana tienen relativamente grandes movimientos en la superficie bajo la carga aplicada con el fin de permitirles llevar a cabo eficazmente las cargas, lo que significa que cualquier análisis debe tener en cuenta el comportamiento no lineal. Según Frei Otto (1967), existen dos cuestiones principales a resolver en el análisis estático para un neumático o una estructura estirada:

1. Determinar la presión de inflado para contrarrestar las cargas aplicadas esperadas. 2. Establecer las tensiones de tracción máximas que se producirán en el sistema en la impresión interna

dada y aplicada en la carga. Debido a la no linealidad en el sistema, la determinación de la presión de inflado debe ser iterativa. Para formas de cojines simples como rectángulos, se puede hacer a mano, aunque el procedimiento se convierte en tedioso. Para formas más complejas será necesario un


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análisis en tres dimensiones, por lo que el modelado en un elemento finito en cualquier ordenador o programa será ideal y necesario.

Se han propuesto varios procedimientos para el análisis simplificado en cojines neumáticos que a continuación serán descritos. 3.1) Método de Huntington

Con el fin de determinar el pretensado inicial bajo presión interna, un modelo de cable, tal como se presenta por G. Craig Huntington (2004), se describe como sigue:

- Un cable que ocupa una distancia l, con un hundimiento h, carga uniforme w, tiene reacciones finales V y H, en dirección horizontal y vertical, calculándose como sigue:

(1)

(2) - Para cargas perpendiculares uniformes al cable, tales como la presión interna, la fuerza de tracción en

el cable, F, se encuentra por la ecuación 3:

(3) - La longitud del arco sin carga del cable se encuentra:

(4)

- El cambio de longitud de arco a partir de una carga aplicada A, se encuentra:

(5) Donde E es el módulo de elasticidad.

- La nueva longitud de arco se calcula:

(6)

- El nuevo hundimiento será

(7)

- Ingresando h´ en la ecuación original para F producirá F´ donde a través de iteraciones deberá converger ambas para determinar la geometría final del cable.

Para evaluar este método en láminas en lugar de cables, una unidad de ancho del papel a trabajar y se puede evaluar. 3.2) Método Wagner

Rosemarie Wagner (2007) desarrolla un método analítico para la solución de tensiones en cojines inflados, que es basado también en el concepto de cable. Bajo presión interna solo los parámetros de cojín se han especificado en la figura


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Figura Cojín con carga externa de acuerdo a Wagner La longitud de la lámina inicial So aumenta a S cuando se infla el cojín, la nueva longitud S se calcula utilizando:

(8)

El hundimiento total en el colchón definido por f+Df, se encuentra de la siguiente manera.

(9)

Que puede ser simplificada utilizando un desarrollo en serie de Taylor para la creación de la ecuación 10.

(10) Resultando que:

(11) De modo que la tensión en la lámina, denominada n se describe como:

(12) Entonces la longitud de lámina S se puede calcular en parámetros de n, con la ecuación 13:

(13) Para resolver n de la siguiente ecuación cubica debe resolverse:

(14) Deberán ser utilizados los siguientes supuestos en las ecuaciones no lineales simplificadas empleadas en este caso, los cuales son:

1) La geometría de la superficie es una forma de equilibrio definida por la presión interna 2) El cojín solo se curvea por separado, es decir no sostiene curvatura en la tercer dimensión 3) La orientación de la tela es de acuerdo a la dirección de curvatura


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4) La carga externa es similar a la cepa con menos deformaciones evitando la deformación interna 5) Los limites están fijados de acuerdo a la figura

En el siguiente procedimiento se refiere al estado descargado inflado. La longitud de la parte superior en la membrana se encuentra de la siguiente manera:

(15) La tensión de la membrana superior se encuentra como:

(16) Mientras que la deformación elástica en la membrana superior se calcula:

(17) La longitud deformada de la membrana superior se obtiene sumando la longitud inicial a la deformación elástica, como sigue:

(18) Para determinar la tensión en la membrana superior, la siguiente ecuación cubica puede hacer ese trabajo.

(19) De igual manera, la tensión en la membrana inferior se puede encontrar:

(20) Los volúmenes no deformados y deformados de aire en el interior del colchón se calculan

(21)

(22) El uso de estas ecuaciones para los volúmenes y la relación gas ideal presión-volumen, PoVo= Pv, la tercera ecuación para resolver n1, n2 y p, se desarrolla:

(23) Si Po F1 y F2, son conocidas, entonces P se puede encontrar mediante la resolución de las siguientes ecuaciones anteriores.


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3.3) Método Borgart

Borgart en 2007 propusó un método similar para el análisis de cojines rectangulares, donde la siguiente figura muestra las características y variables utilizadas en sus ecuaciones.

Figura 9 Cojín inflado rectangular de acuerdo con B orgart El radio de una de las capas de lámina inflada se encuentra de la siguiente manera:

(24) Las fuerzas en la membrana en las direcciones X y Y, respectivamente, se dan por las siguientes expresiones:

(25)

(26) Entonces para cojines cuadrados, la tensión en el material esta descrita por:

(27) Donde P se refiere a la presión interna del aire, R es el radio amortiguador, K es la rigidez en plano, lo que equivale Ed (1+v), donde d es el espesor de la capa de aluminio y v es el coeficiente de contracción. Las longitudes en la membrana para desinflado e inflado están dadas por las siguientes expresiones:

(28)

(29) En referencia a la ley de Boyle para los gases, la presión antes y después de cargar a un colchón inflado con una carga externa puede estar relacionada:

(30) A partir de la ecuación anterior, Po es la presión del aire interna antes de la carga, P1 es la presión del aire interna después de la carga, H y H2 son las alturas del cojín antes de la carga para las capas superior e inferior respectivamente, y H11 y H21 son las alturas del colchón después de la carga. Para determinar la longitud deformada de la almohadilla, la membrana y sus fuerzas, las tres ecuaciones siguientes pueden resolver este punto:

(31)


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(32)

(33)

3.4) Métodos de análisis por software

Los métodos que se describieron anteriormente solo son aplicables para cojines muy simples que contienen cargas distribuidas constantes, aun así sus procesos matemáticos son muy engorrosos, por esta razón es útil disponer de un programa informático capaz de solucionar los sistemas complejos de ecuaciones para llegar a la solución de formas de cojín inusuales o de cargas no uniformes. Los programas de elementos finitos estándar deben ser adaptados para incluir el volumen del aire encerrado dentro del cojín, la presión de los cuales cambia de acuerdo con la carga aplicada. Koch (2004) sugiere la siguiente adaptación de la ley de los gases ideales para este propósito:

1) El uso de un programa de elementos finitos, determinar la presión de inflado Po es necesaria para crear el pretensado deseado en la membrana.

2) Calcular el volumen Vo correspondiente del aire encerrado en esta etapa utilizando la ley del gas ideal.

3) Estimar una presión final P1l después de la carga.

4) Ejecutar un análisis de la carga en el sistema hasta que P1 converja, después calcular V1.

5) Comparar PoVo con P1VI, sino son iguales ajustar P y hacer las iteraciones hasta que sean iguales.

6) Calcular el esfuerzo en la membrana en esta presión y volumen, verificar y determinar si es un parámetro aceptable.

Con el fin de modelar el comportamiento no lineal para las membranas, se sugiere el uso de uno de estos tres métodos:

1) Método de la rigidez transitoria 2) Método de la densidad de fuerza 3) Método de la relajación dinámica

4) INSTALACIÓN Y SECUENCIA EN EL MONTAJE

4.1) Tipos de cerramiento y acabado grafico

La construcción multicapa ofrece al arquitecto e ingeniero numerosas oportunidades de controlar la cantidad de sombra solar y manipular la transparencia visual del cerramiento del edificio. Esto ha permitido conseguir diseñar ambientes de bajo consumo de energía de forma natural. 4.1.1) El cerramiento transparente


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Cuando se diseña en base a la luz natural (Schepers, 2006), el porcentaje de transmisión de luz y calor a través del material de cerramiento es clave. Las membranas son muy transparentes, con índices de transparencia de cada membrana entre 90 y 95% comparativamente con las de un doble vidrio simple que está entre un 76% y 89% respectivamente. La transparencia se verifica sobre la mayoría del espectro solar. Desarrollos recientes en la producción del material permiten láminas ópticamente claras aplicables en fachadas.

Figura 10 Lámina ETFE impresa con diversos colores y acabados gráficos. Hay que destacar que este material de ETFE, tiene un alto porcentaje de absorción de los rayos infrarrojos, una propiedad que puede ser explotada para reducir el consumo energético, aunque en muchas ocasiones este exceso de radiación causa sobrecalentamiento interior. En estos casos el uso de membranas con capas de color claro mantiene la transmisión de luz natural a la vez que reduce la ganancia calorífica. 4.1.2) Cerramiento gráfico. Las almohadas se pueden imprimir con tramas gráficas de fluo-polímeros translúcidos u opacos. Se puede conseguir una vasta gama de tramas, efectos visuales y ensombramiento solar mientras se conserva la transparencia visual del cerramiento. Además se ha desarrollado gráficos de aplicación que pueden ser reemplazados, lo que permite utilizar el cerramiento con imágenes corporativas o para fines publicitarios (Quick Line Ingenieria, 2011). Estas almohadas se pueden producir en una vasta gama de colores incorporados (Arquitectura Viva, 2006), impresiones y patrones. El color, translucidez, densidad y número de capas puede variar y moverse en relación a las otras, lo que permite una infinidad de efectos. La superficie de las membranas se puede manipular para capturar luz proyectada, color e imágenes que capacitan al cerramiento a cambiar a discreción. Este material puede ser proyectado específicamente para transmitir o reflejar selectivamente diferentes frecuencias del espectro solar, permitiendo así definir el comportamiento del cerramiento a casi todo tipo de aplicación. Tanto los filtros UV como IR pueden incorporarse a su formulación en un amplio rango de tratamientos que afectan tanto a la emisibilidad de la superficie como a la capacidad de radiar energía. 4.2) Sistema tricapa de iluminación

Las láminas ETFE son de mayor transparencia que el vidrio (Lecuyer, 2008), en cualquier forma de luz visible y tienen un nivel significante más alto de la transparencia en el espectro de la luz ultravioleta. Dicho efecto es bastante atractivo para atrios en iglesias e invernaderos, ya que las plantas utilizan todo el efecto del espectro para concebir la fotosíntesis. Debido a que el ETFE deja pasar mayor cantidad de luz ultravioleta y es más resistente a la degradación UV, de igual forma a la decoloración, cosa que es un problema en los vidrios arquitectónicos. Mientras ETFE mantiene altos niveles de transmisión de luz, esto puede llegar a ser un problema debido a la ganancia de calor dentro del edificio, por lo tanto las láminas se pueden imprimir con una infinita variedad de patrones de sombreado que pueden bloquear y dar variabilidad a la cantidad de luz que se desea transmitir.


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Figura 11 Lámina ETFE limpia versus lámina impresa La capa exterior y media, dentro de un sistema tri capa se puede imprimir con patrones positivos o negativos que dejen pasar la luz a través cuando se separen las láminas y repeler la luz cuando estén juntas. La posición de la capa media es controlada por la presión de aire relativa entre las dos películas restantes. Mostrándolo en la figura 12 se denota que cuando la presión en la cámara inferior aumenta la capa de lámina invierte y presiona hacia arriba la capa superior y con este bloquea la luz dando como resultado el control en el calor solar del edificio.

Figura 12 Sistema tricapa de control y variabilid ad para la iluminación Dicha habilidad y capacidad de ETFE para atenuar, controlar y regular la luz natural dentro de un edificio con el simple ajuste en la presión del aire ha contribuido a la elección de la implementación de esta tecnología en muchos edificios actuales. 4.3) Diseño de acuerdo a las características del ma terial y posibles estructuras propuestas

Atendiendo ahora las condiciones descritas del material, se resume en la tabla 1 las recomendaciones de conexión en el sistema constructivo de láminas ETFE de acuerdo al caso que las albergue o las haga participe con alguna estructura específica. (López, 2016).

Tabla 1 Elección de acuerdo a la geometría para ins talar una lámina ETFE

Geometría Trabajo Conexión Tamaño Separación Forma

Curvo Arco Sub estructura de aluminio hasta 30 m hasta 3.55 m Bi o más capas

Perfil Cantiléver Placa de anclaje 15 a 25 m hasta 3.55 m Mono capa

Geodésica Cúpula Subestructura de aluminio o cable 5 a 10 m hasta 3.55 m Bi o más capas

Cable Tensión Auxiliar - hasta 3.55 m Mono capa

Estructura A elegir A elegir - hasta 3.55 m Mono capa El apartado de separación se refiere a la distancia entre cada conexión o parte de estructura que albergue la lámina, esto es debido a que las láminas se fabrican en rollos de 3.55 metros, aunque hoy en dia debido al avance de cerramientos laser gráficos este dato puede crecer.


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Mientras que en la tabla 2 se resume que características aplicadas deben revisarse del material antes de ser instalado de acuerdo al tipo de edificación a tratar y si se optara por un sistema simplemente tensado de una o más capas o bien por colchones presurizados.

Tabla 2 Revisión de características aplicadas en l áminas ETFE de acuerdo a ejemplos de tipos de edificaciones

Tipo

Transparencia Ligereza Luminosidad Control solar Ac ústica Ventilación

Hospital

Si Si No Si Si Si

Oficinas

Si Si No Si Si Si Centro

comercial No Si Si Si No Si Estadio con

pasto natural Si No No No No No

Iglesia

Si Si No Si Si Si Botánica e

invernadero No No No No No No Ahora surge la duda y a la vez la explicación de que sistema de formación utilizar, si el mono capa, bi, tri o más capas en la instalación, a partir de la tabla 3 se resume algunas ventajas y desventajas en los sistemas de formación, ya sea simplemente mono capa (a tensión) o dos o más capas (para la formación de los colchones de instalación en las láminas).

Tabla 3 Ventajas y desventajas de la instalación d e ETFE de acuerdo a su sistema de formación

Sistema de formación

Ventajas

Desventajas

Mono capa

1) Recubrimiento de mayor superficie con menor cantidad de material o láminas 2) Menor costo de instalación eléctrica si se requiere 3) Difícilmente el uso de climatización dentro 4) No uso de sistemas de aire a presión 5) Menores divisiones o cortes en pliegues de lámina 6) Menor costo en la instalación 7) Sistemas de drenaje pueden bastar solo con pendientes aplicadas en la estructura a cubrir

1) Debido a las pocas divisiones, si se provoca alguna falla o corte mayor cantidad de área se verá afectada 2) Si son espacios cerrados se tendrá problema de temperatura elevada 3) Problemas acústicos cuando haya lluvia 4) Menos belleza estética y libertades de forma 5) La libertad de forma se limita a solo diseños rectos 6) Necesidad de mayor polarización en la lámina

Bi o más capas

1) Menores problemas acústicos 2) Capacidad de diversas formas de iluminación 3) Si existe falla, se percibe como local y no afecta gran parte de la instalación en la lámina 4) Posibilidad de regulación en el clima desde las almohadas de ETFE 5) Posibilidad de menor polarización en la lámina 6) Mayor belleza estética 7) Mayor libertad en el diseño y formas

1) Mayor cantidad de divisiones necesarias debido a la geometría en los cojines, por lo tanto mayor gasto de material o láminas 2) Mayor costo en la instalación 3) Necesidad de un equipo más especializado para la instalación 4) Mayor personal para el mantenimiento 5) Sistemas de drenaje más complejos

5) SECUENCIA DE MONTAJE

5.1) Simplemente tensado

Para esta variación en el montaje solo bastara en pequeños perfiles de extrusión anclados a la estructura principal que servirán como ayuda para el anclaje y tensión de la lámina ETFE.


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5.2) Colchones presurizados

En el artículo de Casas (2012) se describe el proceso constructivo para montar un cojín ETFE. 1) Después de cortar la lámina de ETFE mediante una máquina laser se procede a la unión de las láminas

por termo sellado y cubrición de la junta con un elastimetro de protección.

Figura 13 Unión de láminas ETFE por termo sellado 2) Puesta en obra del ETFE donde se aprecia la subestructura de anclaje y la estructura principal.

Figura 14 Colocación en obra de ETFE 3) El rombo de la lámina ETFE se presenta en la estructura metálica

Figura 15 Colocación de un rombo ETFE en obra 4) El cojín de ETFE se estira y se sitúa dentro del perfil metálico a la estructura de anclaje


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Figura 16 Colocación y estiramiento de un cojín ET FE 5) Colocación de los conductos de aire y anclaje de la estructura metálica.

Figura 17 Colocación de conductos de aire en un co jín ETFE 6) Inflado del cojín y mantenimiento a presión constante

Figura 18 Cojín ETFE totalmente inflado 7) Apariencia de ETFE totalmente montado


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Figura 19 Imagen final de una lámina ETFE totalmen te montada

CONCLUSIONES

Debido a su aún poca distribución en el país y mínima cantidad de fabricantes, se recomienda solo utilizar la lámina ETFE para proyectos con un gran respaldo de capital como es el caso de edificios de carácter civil. La lámina resulta ser una fuerte inversión al inicio ya que conlleva estructuras auxiliares y especiales para su instalación, sin embargo es tan diversa que se adapta a cualquier problema y aplicación específica en la edificación. Su diversidad da lugar a sin fin de combinaciones y texturas en el cerramiento grafico y su decorado, arrojando resultados casi artísticos. En cuanto a la acústica puede dominarse en base al numero de capas a instalar o bien a partir de cojines en su sistema de formación. Recomendaciones para el diseño de una lámina ETFE Existen dos casos de instalación ya mencionados, simplemente tensada mono capa o bien multicapa y cojines presurizados de dos o más capas. Para la primera (simplemente tensada) trae consigo estos puntos:

� Elección de la geometría deseada a instalar en la estructura � A partir de dicha geometría poner en cuenta los aspectos de diseño ya mencionados; como acústica,

iluminación, posición, entre otros; y elegir la cantidad de capas a instalar. � Al igual a partir de la geometría hacer la repartición de área tributaria (separación determinada por el

ancho de la lámina por fabricación) para la instalación de láminas ETFE y si es necesario para lograr la geometría pensada contar con la ayuda de cables, los cuales proporcionen soporte, mejor anclaje y mayor libertad de maniobra en la instalación.

� Elegir combinación de tipo de cerramiento gráfico y colores. � Elegir el tipo de iluminación si es que se requiere. � Realizar la instalación.

Figura 20 Instalación de lámina ETFE simplemente te nsada en la iglesia


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Mientras que en la segunda, cojines presurizados, trae consigo aspectos similares donde la variacion solo esta en el inicio:

� A partir del área a cubrir elaborar una partición que puede ser llamada área tributaria de ETFE como en el sistema simplemente tensado.

� En base al punto anterior definir con la altura que se cuenta para la elaboración del análisis estructural pertinente al cojín de acuerdo a los métodos ya mencionados en este trabajo, claro estos son algunos de tantos. Con esto revisar si el colchón cumple con las limitantes de altura en su diseño si es que existen para el lugar donde será instalado.

� Después definir la presión necesaria para llegar a dicha geometría y si conlleva algún tipo de iluminación tomarla en cuenta en el diseño definitivo.

� Elegir si contendrá cables para una mayor fijación y control de la geometría elegida y deseada. � Elegir el tipo de cerramiento y colores para la lámina ETFE. � Realizar la instalación.

Figura 21 Instalación de cojines presurizados en el estadio Allianz Arena La lámina ETFE en Latinoamérica apenas está siendo introducida pero debe tener y tiene un gran respaldo ya que ha sido utilizada y comprobada en países de primer mundo, no debe caber duda de su calidad, el verdadero problema será en tener el personal capacitado para su producción, formación, montaje, instalación y reparación de la misma. Al finalizar su instalación demuestra libertad, estética, funcionalidad, durabilidad y belleza, lograr conjuntar estos conceptos en un material, es de suma dificultad y la lámina ETFE puede hacerlo.

Figura 22 Fachada del nuevo estadio de San Mamés en Bilbao España utilizando ETFE.


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REFERENCIAS

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