Una estructura sustentada por aire (o inflada por aire ) es cualquier edificio cuya integridad estructural deriva del uso de aire presurizado interno para inflar una envoltura de material flexible (es decir, tela estructural) , de modo que el aire sea el soporte principal de la estructura, y donde el acceso es a través de esclusas de aire.
La primera estructura sustentada por aire construida en la historia fue el radomo fabricado en el Laboratorio Aeronáutico de Cornell en 1948 por Walter Bird. [1]
El concepto fue implementado a gran escala por David H. Geiger con el pabellón de Estados Unidos en la Expo '70 en Osaka, Japón, en 1970. [2]
Suele tener forma de cúpula , ya que esta forma crea el mayor volumen con la menor cantidad de material. Para mantener la integridad estructural, la estructura debe estar presurizada de manera que la presión interna iguale o exceda cualquier presión externa que se aplique a la estructura (es decir, presión del viento ). La estructura no tiene que ser hermética para conservar la integridad estructural; siempre que el sistema de presurización que suministra presión interna reemplace cualquier fuga de aire, la estructura permanecerá estable. [3] Todo acceso al interior de la estructura debe estar equipado con algún tipo de esclusa de aire , normalmente dos juegos de puertas paralelas, una puerta giratoria o ambas. Las estructuras sustentadas por aire se aseguran mediante pesos pesados en el suelo, anclajes al suelo , fijación a una base o una combinación de estos.
Entre sus múltiples usos se encuentran: instalaciones deportivas y recreativas, almacenamiento , refugios temporales y radomos . La estructura puede ser total, parcial o sólo soportada por aire en el techo. Se puede pretender que una estructura totalmente sustentada por aire sea una instalación temporal, semitemporal o permanente, mientras que una estructura con solo un techo sustentado por aire puede construirse como un edificio permanente.
La forma de una estructura sustentada por aire está limitada por la necesidad de tener toda la superficie envolvente presurizada uniformemente . Si este no es el caso, la estructura quedará soportada de manera desigual, creando arrugas y puntos de tensión en la envoltura flexible que a su vez pueden causar que falle. [4]
En la práctica, cualquier superficie inflada implica una doble curvatura. Por lo tanto, las formas más comunes para las estructuras sustentadas por aire son semiesferas, óvalos y medios cilindros.
Las principales cargas que actúan contra la envoltura sustentada por aire son la presión del aire interno, el viento o el peso de la acumulación de nieve. La estructura se sostiene activamente en todo momento soplando más aire, lo que requiere energía. [3]
Para compensar la fuerza del viento y la carga de nieve, el inflado de la estructura se ajusta en consecuencia. Las estructuras modernas cuentan con sistemas mecánicos controlados por computadora que monitorean las cargas dinámicas y compensan automáticamente la inflación. Cuanto mejor sea la calidad de la estructura, mayores fuerzas y peso podrá soportar. Las estructuras de mejor calidad pueden soportar vientos de hasta 190 km/h (120 mph) y un peso de nieve de hasta 21,7 kilogramos por metro cuadrado [4] (40 libras por yarda cuadrada).
La presión del aire sobre la envoltura es igual a la presión del aire ejercida sobre el suelo interior, empujando toda la estructura hacia arriba. Por lo tanto, es necesario anclarlo de forma segura al suelo (o a la subestructura en un diseño de sólo techo).
Para estructuras de gran luz se requieren cables para anclaje y estabilización. El anclaje requiere lastre (pesos). Los primeros diseños de anclaje incorporaban bolsas de arena, bloques de hormigón, ladrillos o similares, normalmente colocados alrededor del perímetro del faldón del sello. La mayoría de las estructuras de diseño modernas utilizan sistemas de anclaje patentados.
El peligro de un colapso repentino es casi insignificante, porque la estructura se deformará o se hundirá gradualmente cuando se someta a una carga o fuerza pesada (nieve o viento). Sólo si se ignoran o no se notan estas señales de advertencia, la acumulación de una carga extrema puede romper la envoltura, provocando una deflación y un colapso repentinos. [3]
En climas cálidos o fríos, el aire acondicionado aumenta las necesidades energéticas. En lugares visitados por millones de personas al año, el consumo de energía puede ser de un par de GigaJulios por metro cuadrado. [5]
Un error común es que estas estructuras no están destinadas a ser instalaciones permanentes; sin embargo, todas las corporaciones importantes que participan en esta industria se ajustan a algún tipo de Código Internacional de Construcción. Para ser una instalación permanente, estos domos deben diseñarse según los mismos códigos de construcción que una estructura tradicional. [ cita necesaria ]
Las estructuras o domos sostenidos por aire también se conocen comúnmente como "burbujas".
Los materiales utilizados para las estructuras sustentadas por aire son similares a los utilizados en las estructuras tensadas , concretamente tejidos sintéticos como la fibra de vidrio y el poliéster . Para evitar el deterioro por la humedad y la radiación ultravioleta , estos materiales están recubiertos con polímeros como el PVC y el teflón .
Dependiendo del uso y ubicación, la estructura podrá disponer de revestimientos interiores de materiales más ligeros para aislamiento o acústica. Los materiales utilizados en las estructuras modernas sustentadas por aire suelen ser translúcidos, por lo que a menudo no se requiere el uso de un sistema de iluminación dentro de la estructura durante el día.
La presión de aire interior necesaria para las estructuras sustentadas por aire no es tanta como la mayoría de la gente espera y ciertamente no se percibe cuando se está en el interior. La cantidad de presión necesaria es función del peso del material (y de los sistemas constructivos suspendidos sobre él (iluminación, ventilación, etc.)) y de la presión del viento. Sin embargo, sólo representa menos del 1% por encima de la presión atmosférica . [6] La presión interna se mide comúnmente en pulgadas de agua , inAq , y varía fraccionalmente desde 0,3 inAq para un inflado mínimo hasta 3 inAq para un máximo, siendo 1 inAq un nivel de presurización estándar para condiciones normales de funcionamiento. En términos de las libras por pulgada cuadrada más comunes , 1 inAq equivale a tan solo 0,037 psi (2,54 mBar, 254 Pa), [4]
Medios relacionados con edificios inflables en Wikimedia Commons