Usuària:Viquialcon/Tensegritat (estructures)

Tensegritat, integritat tensional o compressió flotant, és un principi estructural basat en l'ús de components aïllats en compressió dins una xarxa de tensió contínua, de tal manera que els elements comprimits (normalment barres o puntals) no es toquen entre ells i els elements pretensionats (normalment cables o tensors) configuren el sistema en l'espai.

El terme tensegrity va ser introduït per Buckminster Fuller el 1960s com a transmissor de "integritat tensional". L'altra denominació de tensegritat, compressió flotant, va ser utilitzat principalment per Kenneth Snelson.

Concepte

Tensegritat simple

El Skylon al Festival de Gran Bretanya, 1951

Les estructures de tensegritat són estructures basades en la combinació d'uns quants patrons de disseny senzills:

• Muntant els elements en compressió pura o tensió pura, significant que l'estructura només fallarà si els cables o les barres es trenquen
• Precàrrega o tensió prèvia, que permet als cables estar rígids en tensió
• Estabilitat mecànica, que permet als elements mantenir-se en tensió/compressió ben tensos mentre l'estructura augmenta

A causa d'aquests patrons, cap element estructural experimenta un moment de doblegament. Això pot produir excepcionalment estructures rígides per la seva massa i per la secció d'encreuament dels components.

El 1951 es va poder veure un edifici conceptual de blocs de tensegritat a Skylon(Bretanya). Sis cables, tres a cada extrem, mantenien la torre en posició. Els tres cables connectats amb la part superior "definien" la seva ubicació. Els altres tres cables senzillament el mantenien vertical.

Un tres-vareta tensegrity estructura (mostrat) complexions en aquesta estructura més senzilla: els finals de cada vareta semblen el superior i fons del Skylon. Mentre molt de temps com l'angle entre qualssevol dos cables és més petit que 180°, la posició de la vareta és bé va definir.

Les variacions com Torre d'Agulla impliquen més de tres cables que coneixen al final d'una vareta, però aquests poden ser pensats de mentre tres cables que defineixen la posició d'aquell final de vareta amb els cables addicionals senzillament subjectats a aquell punt bé definit en espacial.

Eleanor Hartley punts fora de transparència visual com una qualitat estètica important d'aquestes estructures. Korkmaz Et al. Posat endavant que el concepte de tensegrity és adequat per adaptive arquitectura gràcies a característiques lleugeres.

Aplicacions

Exposició d'una estructura de tensegritat de 12 m. d'altura a la Ciutat de la Ciència, Kolkata.

Spodek de Katowice(Polònia)

La idea de tensegritat va ser adoptada en arquitectura el 1960 quan Maciej Gintowt i Maciej Krasińesquí, arquitectes de Spodek, un lloc de Katowice, Polònia. El dissenyaren com una de les primeres grans estructures que empraven el principi de tensegritat. El sostre utilitza una superfície inclinada controlada per un sistema del cables que sostenen la seva circumferència.

El 1980s David Geiger va dissenyar el Camp de Gimnàstica Olímpica de Seül pels Jocs Olímpics d'estiu de 1988.

El Dom de Geòrgia, que va ser utilitzat pels Jocs Olímpics d'estiu de 1996, és una gran estructuta de tensegritat de disseny similar a la Sala de Gimnàstica mencionada més amunt.

Columnes o puntals més curts en compressió són més fortes que les llargues. Això al seu torn va portar a alguns, com Fuller, a afirmar que les estructures de tensegritat podrien ser ampliades fins a cobrir ciutats senceres.

El 4 d'octubre de 2009, es va obrir el pont obert Kurilpa a través del Riu Brisbane a Queensland, Austràlia. El pont és un múltiple-màstil i estructura de cables basada en els principis de tensegritat i és actualment l'estructura d'aquestes característiques més gran del món.

Biologia

Biotensegritat, un terme encunyat per Stephen Levin, és l'aplicació dels principis de tensegritat a les estructures biològiques. Estructures biològiques com músculs, ossos, teixits de connectivitat, lligaments i tendons, o membranes rígides o elàstiques de cèl·lules, es fan més fortes si les seves parts estan tensionades i comprimides a l'uníson. El sistema muscular-esquelètic és una sinergia de músculs i ossos. Els músculs i els teixits connectius proporcionen l'atracció contínua i els ossos presenten la compressió discontínua.

Una teoria de tensegritat en biologia molecular per explicar l'estructura cel·lular ha estat desenvolupada pel físic Harvard i el científic Donald E. Ingber.

Per exemple, van expressar les formes de les cèl·lules, i les seves reaccions a l'aplicar determinades pressions, la seva interacció amb els substrats, etc., tots ells poden ser matemàticament modelats si s'utilitza un model de tensegritat pel citosquelet de la cèl·lula . A més, els patrons geomètrics trobats a la naturalesa (l'hèlix d'ADN, el dom geodèsic d'un vòlvox, Buckminsterfullerene, i més) també poden ser entesos, basant-nos en els principis de tensegritat, l'espontani auto-ensamblatge de compostos, proteïnes, i fins i tot òrgans. Aquesta visió és recolza per com l'auto-ensamblatge de tensió-interaccions de compressió de tensegritat minimitza el material necessitat, afegeix resiliencia estructural, i constitueix l'ús més eficaç possible de l'espai. Per això, les pressions de la selecció natural afavoririen fortament els sistemes biològics organitzats d'una forma tensegrional.

Mentre Ingber explica:

«

The tension-bearing members in these structures — whether Fuller's domes or Snelson's sculptures — map out the shortest paths between adjacent members (and are therefore, by definition, arranged geodesically) Tensional forces naturally transmit themselves over the shortest distance between two points, so the members of a tensegrity structure are precisely positioned to best withstand stress. For this reason, tensegrity structures offer a maximum amount of strength.

»

Història

Kurilpa a Brisbane, Austràlia, és el pont de Tensegritat més gran del món.

Els orígens de tensegrity són polèmics. El 1948, l'artista Kenneth Snelson va produir el seu innovador "X-Peça" després d'exploracions artístiques a Black Mountain College (on Buckminster Fuller era lector) i també en altres llocs. Alguns anys més tard, el terme "tensegrity" va ser encunyat per Fuller, conegut per les seves cúpules geòdesiques. Durant la seva carrera , Fuller havia experimentat incorporant components tensionats a la seva feina, com en les cases Dymaxion .

La innovació de Snelson de 1948 va esperonar Fuller a encarregar immediatament un màstil de Snelson. El1949, Fuller va desenvolupar un icosàedre basat en la tecnologia, i ell i els seus estudiants desenvoluparen ràpidament altres estructures i van aplicar la tecnologia a construir cúpules. Després d'una interrupció, Snelson també va produir escultures basades en els conceptes de tensegritat. El treball més important de Snelson va començar el1959 en una exposició al Museu d'Art Modern. A l'exposició de MOMA, Fuller hi havia mostrat alguns dels seus treballs. A aquesta exposició, Snelson, després d'una discussió amb Fuller i els organitzadors de l'exposició també va exhibir alguns dels seus treballs.La peça més coneguda de Snelson és la torre de 1968 Nedle Tower de 18 metres d'alçada.

L'artista rus Viatcheslav Koleichuk va reclamar que la idea de tensegrity havia estat inventada per Karl Ioganson, artista rus de descens letó, qui va contribuir en alguns treballs a l'exposició principal de constructivisme rus el 1921. Maria Gough va donar suport a la reclamació de Koleichuk per una de les obres de l'exposició constructivista de 1921. Snelson ha reconegut la influència dels constructivistes en la seva obra. L' enginyer francès David Georges Emmerich també ha fet notar com l'obra de Ioganson també es basa en els conceptes de tensegritat.

Estabilitat

Prismes de tensegritat

L'estructura de tensegritat de tres-barres (prisma triangular) té la propietat que, per una longitud donada d'una barra membre “de la compressió” (n'hi ha tres en total) i una longitud donada d'un cable de tensió connectant el final de la barra (n'hi ha sis total), hi ha un valor particular per la longitud del tendó connectant les parts superiors extremes de les barres amb les parts inferiors de les veïnes que fa que l'estructura s'aguanti de forma estable. Per una tal estructura, és pot observar que el triangle format per les parts superiors de les barres i el que formen les parts les parts inferiors està girat un respecte l'altre un angle de 5π/6 (radians).

Icosàedre de tensegritat

Model matemàtic de l'icosàedre tensegritat

Formes diferents de l' icosaedre, depenent de la proporció entre les longituds del cables i les barres.

Considerem un cub de costat de longitud 2d, centrat a l'origen. Situem una barra de longitud 2l en el pla de cada cara de cub, tal que cada barra és paral·lela a una aresta de la cara i està centrada respecte la cara. A més, cada barra hauria de ser paral·lela a la barra de la cara oposada del cub, però ortogonal a totes les altres barres. Si les coordenades cartesianes d'una barra són (0,d,l) i (0,d,–l), les de la barra paral·lela seran, respectivament, (0,–d,–l) i (0,–d,l). Les coordenades dels altres finals de barra(vèrtexs) s'obtenen permutant les coordenades, p. ex., (0,d,l)→(d,l,0)→(l,0,d) (simetria rotacional respecte la diagonal del cub

La distància s entre dos vèrtexs adjacentsl (0,d, l) i (d, l, 0) és $s^{2}=(d-l)^{2}+d^{2}+l^{2}=2(d-{\frac {1}{2}})^{2}+({\frac {3}{2}})l^{2}$

${\displaystyle }$

Imaginem aquesta figura construïda de barres de longitud donada $2l$ i cables (connectant vèrtexs contigus) de longitud donada s, amb $s>{\sqrt {\frac {3}{2}}}l$. La relació ens diu que hi ha hi ha dos valors possibles per d: un donat per empènyer els puntals junts, l'altre per estirar-los a part. Per exemple, per

${\displaystyle }$ $s={\sqrt {2}}l$ la figura minimal (d=0) és un octàedre regular i la figura màxima (d = l) és un quasiregular cubeoctahedron.${\displaystyle }$ En aquest cas $s={\frac {1}{2}}({\sqrt {5}}-1)l$

${\displaystyle }$tenim $s=2d$ , per tant la closca convexa de la figura maximal é un icosàedre regular.${\displaystyle }$

En el cas particular de que $s={\sqrt {\frac {3}{2}}}l$ els dos extrems coincideixen, i $d={\frac {1}{2}}l$ , per tant la figura és l'icosàedre de tensegrita estable.

Com que l'icosàedre de tensegritat representa un punt màxim de l'anterior relació, té mobilitat infinitesimal: un canvi petit en la longitud s del cable (p. ex. per estendre els cables)donaria com a resultat un canvi més gran de la distància 2d de les barres.

Patents

• Patent dels EUA 3,063,521, "Tensile-Integrity Structures," 13 de novembre de 1962, Buckminster Fuller.
• Patent Francesa No. 1,377,290, "Construction de Reseaux Autotendants", 28 de setembre de 1964, David Georges Emmerich.
• Patent Francesa No. 1,377,291, "Estructures Linéaires Autotendants", 28 de setembre de 1964, David Georges Emmerich.
• Patent dels EUA 3,139,957, "Suspension Building" també anomenada aspension), 7 de juliol de 1964, Buckminster Fuller.
• Patent dels EUA 3,169,611, "Continuos Tension, Discontinuous Compression Structure," 16 de febrer de 1965, Kenneth Snelson.
• Patent dels EUA 3,866,366, "Non.symmetrical Tension-Integrity Structures," 18 de febrer de 1975, Buckminster Fuller.

Estructures de tensegritat bàsiques

• 
  Terra-hipòtesi
• 
  L'estructura de tensegritat més senzilla (un 3-prisma)
• 
  Un altre 3-prisma
• 
  Una estructura similar però amb quatre membres de compressió.
• 
  Proto-Tensegritat Prisma per Karl Ioganson, 1921[gallery 1]
• 
  Icosàedre de tensegritat, Buckminster Fuller, 1949[gallery 2]
• 
  Tetràedre de tensegritat, Francesco della Salla, 1952[gallery 3]
• 
  X-mòdul tetràedre de tensegritat, Kenneth Snelson, 1959[gallery 4]

Vegeu també

• Pont
• Estructura d'hiperboloide
• Interaccions de teoria d'actors
• Sostre de sella
• Marc espacial
• Synergetics
• Tensairity
• Tensile Estructura
• Estructura de closca prima

Bibliografia

• Fuller, Buckminster. SYNERGETICS—Exploracions en la Geometria de Pensar, Volumes I& II, Nova York, Macmillan Publishing Co, 1975, 1979.
• Fuller, Buckminster. "Tensegrity," Portfolio and Art News Annual, No. 4 (1961), pp. 112–127, 144, 148.
• Fuller, R. Buckminster; Marks, Robert. The Dymaxion World of Buckminster Fuller, Garden City, New York: Anchor Books, 1973 ( publicat inicialment el 1960 per So. III. Univ. Press), Figs. 261-280. Una bona visió de l'àmbit de tensegritat de Fuller, i un interessant visió d'estructures inicials.
• Gómez-Jáuregui, Valentin (2007). Tensegridad. Estructuras Tensegríticas en Ciencia y Arte. Santander. Universidad de Cantabria. [[Especial:BookSources/978-84-8102-437-1|ISBN 978-84-8102-437-1]].   
• Gómez-Jáuregui, Valentín (2010). Tensegrity Structures and their Application to Architecture. Santander. Servicio de publicaciones de la Universidad de Cantabria.[[Especial:BookSources/978-84-8102-575-0|ISBN 978-84-8102-575-0]].   
• Korkmaz, Sinan; Bel Hadj Ali, Nizar; Smith, Ian F.C. (2011). "Configuration of Control System for Damage Tolerance of a Tensegrity Bridge". Advancegd Ingeneering Informatics.26:145 . DOI: 10.1016/j.aei.2011.10.002.
• Korkmaz, Sinan; Bel Hadj Ali, Nizar; Smith, Ian F.C. (June 2011). "Determining Control Strategies for Damage Tolerance of ab Active Tensegrity Structure". Engineering Structures. 33(6): 1930–1939. DOI: 10.1016/j.engstruct.2011.02.031.
• Lalvani, Haresh (ed.) (1996). Lalvani, Haresh (ed.) «Origins of Tensegrity: Views of Emmerich, Fuller and Snelson». International Journal of Space Structures. 11(1,2). pp. 27–55. (1, 2). pp.  
• Juan, S. J. & Tur, J M (July 2008), "Tensegrity frameworks: Static analysis review", Mechanism and Machine Theory 43 (7): 859–881, doi:10.1016/j.mechmachtheory.2007.06.010, <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094114X07001218>. Consulta: 2 abril 2013  

Lectura més avançada

• Di Carlo, Biagio. "STRUTTURE TENSEGRALI". Quaderni di Geometria Sinergetica, Pescara 2004. http://www.biagiodicarlo.com
• Edmondson, Amy. Una Explicació més Plena, EmergentWorld LLC, 2007. La versió més primerenca disponible en línia a http://www.angelfire.com/mt/marksomers/40.html
• Forbes, Peter. El Gecko Peu: Com els científics estan Agafant una Fulla del llibre de la naturalesa , Harper Perenne, 2006, pp. 197–230.
• Hanaor, Ariel, "Tensegrity: Teoria i Aplicació," Capítol 13 (pp. 385–408) en J. François Gabriel, Allèn el Cub: L'Arquitectura de Marcs Espacials i Polyhedra, Nova York: John Wiley & Fills, Inc., 1997.
• Kenner, Hugh. Matemàtiques geodèsiques i Com per Utilitzar-lo, Berkeley, Califòrnia: Universitat de Premsa de Califòrnia, 1976. Ara dóna suport a dins empremta. Això és un bo començant lloc per aprendre sobre les matemàtiques de tensegrity i construint models.
• Masic, Milenko, Robert E. Skelton I Philip E. Gill, "Algebraic tensegrity que troba forma," Revista Internacional de Sòlids i Estructures, Vol. 42, Nos. 16-17 (Aug 2005), pp. 4833–4858. Presenten el resultat notable que qualsevol transformació lineal d'un tensegrity és també un tensegrity.
• Morgan, G.J.(2003). "Historical Review: Viruses, Crystals and Geodesic Domes", Trends in Biochemical Sciences. 28(2):86:90. PMID: 12575996.. DOI: 10.1016/S0968-0004(02)00007-5. PMID: 12575996.  

• Motro, R., "Tensegrity Systems:The state of the Art," International Journal of Space Structures", Vol. 7 (1992), No. 2, pp. 75–84.
• Pugh, Anthony. An introduction to Tensegrity, University od California Press, Berkeley i Los Angeles Califòrnia, 1976, ISBN 0-520-03055-9
• Snelson, Kenneth. Carta a R. Motro, International Journal of Space Structures, novembre 1990.
• Souza, et al., "Pretesa revelat per passiu co-tensió a la junta de turmell", Revista de Biomechanics, octubre 2009.
• Vilnay, Oren, Xarxes de Cable i Tensegric Closques: Anàlisi i Aplicacions de Disseny, Nova York: Ellis Horwood Ltd., 1990.
• Wang, Galleda-Bing, "Cable-sistemes de puntal: Part jo - Tensegrity," Revista de Constructional Recerca d'Acer, Vol. 45 (1998), No. 3, pp. 281–289.
• Wilken, Timothy. Buscant el Regal Tensegrity, TrustMark, 2001.

Enllaços externs

• "Tensegrity" Scholarpedia Article
• Punt, contrepoint. Francès tensegrity, art i disseny.
• Publicacions científiques en el Camp de Tensegrity per Institut Federal suís de Tecnologia (EPFL), va Aplicar Computar i Laboratori de Mecànica (IMAC)
• Valentin Gomez-Jauregui's site Una pàgina web (en anglès i espanyol) mostrant imatges, referències i explicacions sobre tensegrity.
• Kenneth Snelson lloc amb un article de la teoria i desenvolupament de tensegritat així com fotografies de les seves escultures de taula de treball a torres de 90 peus.
• Kirby Urner pàgina sobre Kenneth Snelson, va desenvolupar en col·laboració amb l'artista abans del lloc damunt oficial va venir en línia, encara pertinent.
• Dubai Tensegrity la torre dissenyada per Aurel von Richthofen inclou esquemes de torre proposada amb ascensor.
• Ortegrity Per Timothy Wilken, MD 2002, 70-pàgina-PDF llarg documenta descriure interaccions humanes en termes de tensegrity.
• Tensegrity En una Cèl·lula—Aquesta característica interactiva et permet per controlar els elements estructurals interns d'una cèl·lula . De Donald Ingber i el departament de recerca de Boston d'Hospital dels nens .
• Stephen Levin Biotensegrity lloc Diversos papers en el tensegrity mecànica de biologic estructures de virus a vertebrats per un Orthopedic Cirurgià.
• El lloc de Plantilla Dinàmic: un article per Lofthouse que demostra que spatially va organitzar fluxs de aminophospholipids en números vermells membrana de cèl·lula de la sang converteix la superfície de cèl·lula a una "Plantilla Dinàmica" pel seu cortical citosquelet d'Espectrina. Això és el model únic per datar allò proporciona cèl·lules biològiques amb un mecanisme capaç de pre-accentuant flexible, membrana-xarxes de proteïna associada, el qual és absent de Glanz & Ingbers' exclusivament proteïna-va basar models de cel·lular "tensegrity" estructures.
• Tensegrity Exemples Diversos tensegrity exemples per Marcelo Pars.
• Sinus Utilitate Exemples de construccions escultòriques contemporànies per Christos Saccopoulos utilitzant tensegrity principis.
• Virtual 3D tensegrity estructura un interactiu Java la miniaplicació que simula diverses estructures seleccionables.