Una estructura soportada por aire (o inflada con aire ) es cualquier edificio que obtiene su integridad estructural del uso de aire presurizado interno para inflar una envoltura de material flexible (es decir, tejido estructural) , de modo que el aire es 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 radón 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 los Estados Unidos en la Expo '70 en Osaka, Japón en 1970. [2]
Generalmente tiene forma de cúpula , ya que esta forma crea el mayor volumen para la menor cantidad de material. Para mantener la integridad estructural, la estructura debe estar presurizada de manera que la presión interna sea igual o superior a cualquier presión externa que se aplique a la estructura (es decir, la presión del viento ). La estructura no tiene que ser hermética para mantener 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 o una puerta giratoria o ambas. Las estructuras soportadas por aire se aseguran con pesos pesados en el suelo, anclajes de 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 o parcialmente sustentada por aire o solo con techo. Una estructura totalmente sustentada por aire puede estar destinada a ser 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 que toda la superficie de la envoltura esté presurizada de manera uniforme . Si este no es el caso, la estructura no tendrá un soporte uniforme, lo que creará arrugas y puntos de tensión en la envoltura flexible que, a su vez, pueden provocar su falla. [4]
En la práctica, cualquier superficie inflada implica una doble curvatura, por lo que las formas más comunes para las estructuras sostenidas por aire son los hemisferios, los óvalos y los semicilindros.
Las principales cargas que actúan sobre la envoltura sustentada por aire son la presión interna del aire, el viento o el peso de la nieve acumulada. La estructura se sustenta activamente en todo momento mediante la entrada de más aire, lo que requiere energía. [3]
Para compensar la fuerza del viento y la carga de nieve, la inflación de la estructura se ajusta en consecuencia. Las estructuras modernas tienen 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 puede soportar. Las estructuras de mejor calidad pueden soportar vientos de hasta 120 mph (190 km/h) y un peso de nieve de hasta 40 libras por yarda cuadrada [4] (21,7 kilogramos por metro cuadrado).
La presión del aire sobre la envolvente es igual a la presión del aire ejercida sobre el suelo interior, empujando toda la estructura hacia arriba. Por lo tanto, es necesario anclarla firmemente al suelo (o a la subestructura en un diseño con solo techo).
En el caso de estructuras de gran envergadura, se requieren cables para el anclaje y la estabilización. El anclaje requiere lastre (pesos). Los primeros diseños de anclaje incorporaban bolsas de arena, bloques de hormigón, ladrillos o similares, que normalmente se colocaban alrededor del perímetro en el faldón de sellado. La mayoría de las estructuras de diseño moderno utilizan sistemas de anclaje patentados.
El peligro de un colapso repentino es casi insignificante, porque la estructura se deformará o se combará gradualmente cuando se la someta a una carga o fuerza pesada (nieve o viento). Solo si se ignoran o no se advierten estas señales de advertencia, la acumulación de una carga extrema puede romper la envoltura, lo que provocará una deflación y un colapso repentinos. [3]
En climas cálidos o fríos, el aire acondicionado aumenta el consumo de energía. En lugares visitados por millones de personas al año, el consumo de energía puede ser de un par de gigajulios por metro cuadrado. [5]
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Un error muy común es pensar que estas estructuras no están pensadas para ser instalaciones permanentes, sin embargo, todas las grandes corporaciones que participan en esta industria cumplen con algún tipo de Código Internacional de Construcción . Para ser una instalación permanente, estas cúpulas deben estar diseñadas de acuerdo con los mismos códigos de construcción que una estructura tradicional. [ cita requerida ]
Las estructuras o cúpulas sustentadas por aire también se conocen comúnmente como "burbujas".
Los materiales utilizados para las estructuras hinchables son similares a los utilizados en las tensoestructuras , es decir, tejidos sintéticos como la fibra de vidrio y el poliéster . Para evitar el deterioro por la humedad y la radiación ultravioleta , estos materiales se recubren con polímeros como el PVC y el teflón .
Dependiendo del uso y la ubicación, la estructura puede tener revestimientos interiores hechos de materiales más livianos para aislamiento o acústica. Los materiales utilizados en las estructuras modernas con soporte de aire suelen ser translúcidos, por lo que no suele ser necesario el uso de un sistema de iluminación dentro de la estructura durante el día.
La presión de aire interior requerida para las estructuras soportadas por aire no es tanta como la mayoría de la gente espera y ciertamente no es perceptible en el interior. La cantidad de presión requerida es una función del peso del material -y de los sistemas de construcción suspendidos sobre él (iluminación, ventilación, etc.)- y de la presión del viento. Sin embargo, solo asciende a menos del 1% por encima de la presión atmosférica . [6] La presión interna se mide comúnmente en pulgadas de agua , inAq , y varía fraccionariamente de 0,3 inAq para un inflado mínimo a 3 inAq para el 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 solo 0,037 psi (2,54 mBar, 254 Pa), [4]
Medios relacionados con Edificios inflables en Wikimedia Commons