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ETFE
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Jocelyn O’Shea
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s a young architect in London, Ben Morris the co-founder of VectorFoiltec, was deeply influenced by the teachings of Buckminster Fuller and the idea of building “more with less” and the principles of material efficiency and sustainability. It was not until he met Stefan Lehnert, the German engineer who invented a welding technology for the Texlon® ETFE (ethylene – tetra – fluoro – ethylene) system, that he was able to apply these ideas to architecture, design and engineering contributing to the successful adoption of ETFE as a sustainable building material. Even now, thirty years later, Ben Morris is still passionate about these topics, and this is reflected in the company’s mission statement: “our goal is to provide exceptional service by delivering intelligent solutions of long term sustainable value”. ETFE has undoubtedly transformed the architectural industry over the past 30 years. Many iconic buildings such as the Khan Shatyr Entertainment Centre, the National Aquatic Centre and Forsyth Barr Stadium, the first stadium in the
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iendo un joven arquitecto en Londres, Ben Morris, cofundador de Vector-Foiltec, estuvo muy influido por las enseñanzas de Buckminster Fuller y la idea de construir “más con menos”, así como los principios de eficacia y sostenibilidad de los materiales. No fue hasta conocer a Stefan Lehnert, el ingeniero alemán inventor de una tecnología de soldadura para el sistema Texlon® ETFE (etileno – tetra – flúor – etileno), cuando pudo aplicar estas ideas a la arquitectura, el diseño y la ingeniería, y así contribuir a la adopción del ETFE como material de construcción sostenible, con buenos resultados. Hoy, treinta años después, Ben Morris sigue siendo un apasionado de estos temas, lo que se refleja en la declaración de propósitos de la empresa: “Nuestro objetivo es proporcionar un servicio excepcional mediante soluciones inteligentes de valor sostenible a largo plazo”. Sin lugar a dudas, el ETFE ha transformado el sector de la arquitectura en las tres últimas décadas. Muchos edificios icónicos, como el Khan Shatyr Entertainment Centre, el Centro Acuático Nacional y el Estadio Forsyth Barr, el primero del mundo con un
None of these projects could have been realized with any other building material. Photo / Foto: Vector Foiltec
Ninguno de estos proyectos podría haberse hecho realidad con ningún otro material de construcción.
Photo / Foto: Peter Eberts
world to have a natural turf pitch under a permanently enclosed roof have all benefited from this technology, in fact none of these projects could have been realized with any other building material. Interestingly the technology itself has not changed much in thirty years, however, there have been huge advancements
terreno de hierba natural bajo una cubierta siempre cerrada, se han beneficiado de esta tecnología. De hecho, ninguno de estos proyectos podría haberse hecho realidad con ningún otro material de construcción. Aunque es de destacar que la tecnología en sí no ha cambiado mucho en los decenios transcurridos, sí ha
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in complimentary technologies such as printing and smoke venting. Through our extensive R&D we believe that we are the leaders in applying the existing technology and adapting the material for new applications such as pre-stressed single membranes. Texlon® ETFE is obtained from the natural mineral fluorspar. ETFE resin is extruded into roll form ranging from 100µm - 250µm for architectural applications. The rolls of foil are cut to the desired shape and are welded together to form cushions. ETFE cushions combine exceptional light transmission with high insulation and tear resistance making it an ideal building material. “Texlon® ETFE foils have been exposed to both natural and artificial weathering conditions for more than 30 years without suffering any significant changes”. It is inherently UV stable and transparent to UV radiation and does not require any additional chemical additives. It can withstand cold temperatures of -160°C. It also has an exceptionally low coefficient of friction so it is essentially self-cleaning when it rains. ETFE cushions or ‘climatic envelopes’ consist of between two – five layers of ETFE foils that are pneumatically pre-stressed to create cladding for structures. The pneumatic pre-tensioning with a low
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habido enormes progresos en tecnologías complementarias, como la impresión y la salida de humos. Gracias a nuestra exhaustiva I+D, estamos en condiciones de afirmar nuestro liderazgo en la aplicación de la tecnología existente y la adaptación del material a nuevas aplicaciones, como las membranas únicas pretensadas. El Texlon® ETFE se obtiene del mineral natural espato flúor. La resina de ETFE se extrude para formar rollos de entre 100 µm y 250 µm destinados a aplicaciones arquitectónicas. Los rollos se cortan según el tamaño deseado y se sueldan para formar almohadillas. Las almohadillas de ETFE presentan una transmisión solar excepcional, un gran aislamiento y resistencia al rasgado, lo que las convierte en un material de construcción ideal. “Las capas de Texlon® ETFE llevan más de 30 años expuestas a condiciones atmosféricas naturales y artificiales, sin sufrir ningún cambio significativo”. El material tiene una resistencia intrínseca a los rayos UV, es transparente a la radiación UV y no requiere ningún aditivo químico. Puede resistir temperaturas de hasta -160°C. Asimismo, su coeficiente de
pressure air system gives the cushions a stable shape and prevents the foils from billowing and fluttering in wind conditions. The cushions are fixed by means of a continuous keder piping connected to a lightweight extrusion and supported by a lightweight structure. The cushions are inflated with low-pressure air to provide thermal insulation and resist wind loads. The engineering of Texlon® ETFE is a highly specialist area. Vector Foiltec provide a full engineering and patterning service, including bespoke non-linear load analysis and patterning software. The material’s extremely light weight combined with its high strength allows for infinite variations of the contours. In comparison to structural glazing, foil cushions allow larger spans as they can be patterned into virtually any shape and reduce the overall load on a supporting structure allowing for optimization of the members. ETFE cushions are analysed using the membrane theory to assess the optimal span for the cushions. Long flat cushions with a ratio of length to width l/w > 2 are spanning over the short span and can be calculated using a simplified two-dimensional analysis method. Three-dimensional considerations according to the finite element method are required to give more accurate results in view of the load-bearing behaviour of the cushions. The cushions are made to suit the exact dimensions of the contour. They are patterned to allow for an initial rise and dip between the upper and lower foils. After installation they are subjected to an internal pressure of typically 200 Pa, which pre-stresses and elongates the foils to give the cushions their basic shape. Cushions spanning up to 4.0m wide, that incorporate a sufficient slope, are possible without the need for reinforcement cables, depending on certain parameters and situations; the length of the cushion can easily be in excess of 20m or 30m. “As opposed to glass, curvatures, deformations and warpages are easily achieved with Texlon® ETFE cushions”. Square, polygonal or round cushions with biaxial stress distribution allow larger spans. Even for these forms, it is advisable to incorporate a slight slope in the arrangement of the cushions. In recent years there has been a shift towards prestressed single membrane Texlon® ETFE on projects that do not have any thermal requirements. Vector Foiltec employed a pre-stressed single membrane for the façade of the Unilever HQ in Hamburg.
fricción es excepcionalmente bajo, por lo que se limpia por sí solo cuando llueve. Las almohadillas de ETFE o “cerramientos climáticos” constan de entre dos y cinco capas de láminas de ETFE pretensadas neumáticamente para crear revestimientos para las estructuras. Gracias a la pretensión neumática mediante un sistema de aire a baja presión, las almohadillas adquieren una forma estable, y se impide que las láminas se hinchen y se agiten con el viento. Se colocan mediante una tubería tipo keder continua conectada a una extrusión ligera y sostenida por una estructura igualmente ligera. Se inflan con aire a baja presión, para proporcionarles aislamiento térmico y resistencia a la acción del viento. La ingeniería del Texlon® ETFE es una área altamente especializada. Vector Foiltec proporciona un servicio completo de ingeniería y modelización, incluyendo análisis personalizado de carga no lineal y software de modelización. Gracias a su peso propio extremadamente bajo y a su gran resistencia, el material admite infinitas variaciones de los contornos. A diferencia del acristalamiento estructural, las almohadillas de lámina admiten luces mayores, al poder dárseles prácticamente cualquier forma y reducir la carga total sobre una estructura portante que permite optimizar los miembros. Las almohadillas de ETFE se analizan mediante la teoría de membranas, para evaluar la luz óptima. Las almohadillas planas y largas, con una relación longitud/anchura > 2, cargan sobre la luz corta y pueden calcularse con un método de análisis bidimensional simplificado. Para lograr resultados más exactos con respecto a la capacidad portante de las almohadillas, se requieren consideraciones tridimensionales según el método de elementos finitos. Las almohadillas se fabrican para que se correspondan con las dimensiones exactas del contorno. Se modelan de forma que admitan una tolerancia inicial entre las láminas superior e inferior. Una vez instaladas, se someten a una presión interna normalmente de 200 Pa, que pretensiona y estira las láminas para que las almohadillas adquieran su forma básica. Se pueden lograr almohadillas de una anchura de 4,0 m, con suficiente pendiente, sin necesidad de cables de refuerzo, según determinados parámetros y situaciones; la longitud de la almohadillas puede superar fácilmente los 20 o 30 m. “A diferencia de con el vidrio, en el caso de las almohadillas de Texlon®
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Careful consideration to detailing and engineering is paramount because ETFE is a more flexible and expandable material than a PTFE fabric membranes. As with other membranes pre-stressed single ETFE membranes require additional arches or tensile supports to achieve the double-curved geometry necessary for structural stability. The maximum spans are limited to 2.0m in width in most load scenarios (compared to 4 to 5 m with an inflated Texlon® ETFE cushion). Furthermore, it is imperative that the ETFE single membrane has sufficient bi-lateral tensioning within its plane to help resist the anticipated loads and deter wrinkles. This usually leads to extra steelwork being employed. The main issues with pre-stressed single membrane ETFE are resisting uplift and snow/wind loads and it is necessary to set cables in sleeve pockets above and below the ETFE foil to resist these loads. These cables have to be well detailed to prevent water ingress and the development of unsightly algae patches in the sleeve pockets. In addition the cables require regular post-tensioning to prevent creep to be considered fit for purpose and this should be incorporated into any maintenance regime. Vector Foiltec’s Texlon® ETFE is redefining conventional Alpine construction with the application of a single foil membrane to the Grasjoch-Hochalpila Interchange Station. In a region renowned for its heavy snow loads (up to 380 kg/m²) and wind-peak speeds of 200 km/h, Vector Foiltec is setting the standard in single foil membrane technology. Connecting the villages of St. Gallenkirch and Schruns in the Montafon Valley of the Austrian Alps, the interchange station forms the longest cable-car system in Europe, at an estimated 4,343 m. The L-shaped, flat roofed design of the station, unobtrusively blends into the surrounding landscape. This project, comprised of 2,435 m² of transparent Texlon® ETFE foil, underwent extensive testing to determine the feasibility of single foil membrane technology in such a challenging environment. Affording permanent protection against all weather conditions, and offering spectacular views of the surrounding Vorarlberg slopes, the project’s success is a culmination of innovative design and Vector Foiltec’s 30 years of ‘solution-finding’ expertise. Vector Foiltec was the first company to print patterns on ETFE foils to reduce solar gain. Now it has developed a new generation of patented lacquers
ETFE es fácil obtener curvaturas, deformaciones y distorsiones”. Las almohadillas cuadradas, poligonales o redondas con distribución biaxial de las tensiones permiten luces mayores. Es recomendable incorporar una ligera pendiente en la disposición de las almohadillas, incluso para estas formas. En los últimos años, se ha pasado al Texlon® ETFE de membrana única pretensado en proyectos sin necesidades térmicas. Vector Foiltec utilizó una membrana única pretensionada para la fachada de la sede de Unilever en Hamburgo. Debe prestarse mucha atención a los detalles y al diseño, puesto que el ETFE es un material más flexible y expandible que las membranas de un tejido de PTFE. Como otras membranas pretensionadas, las membranas únicas de ETFE requieren arcos o soportes de tracción adicionales para tener la geometría de doble curvatura necesaria para la estabilidad estructural. En la mayoría de las combinaciones de carga, las luces máximas se limitan a una anchura de 2,0 m (frente a los 4-5 m de una almohadilla de Texlon® ETFE inflada). Además, es necesario que la membrana única de Texlon® ETFE tenga suficiente tensión bilateral en su plano para ayudarla a resistir las cargas previstas y evitar las arrugas. Por lo general, esto lleva a utilizar más construcción metálica. El reto principal del ETFE de membrana única pretensionada es aguantar las subpresiones y las cargas de la nieve o del viento, por lo que deben instalarse cables en ranuras, por encima y por debajo de la lámina de ETFE, para que resista. Estos cables han de estar bien diseñados, para impedir que entre agua y aparezcan manchas antiestéticas de algas en ranuras. Además, los cables deben postensarse periódicamente, para evitar deformaciones inadecuadas; todo régimen de mantenimiento deberá incorporar esta medida. El Texlon® ETFE de Vector Foiltec está redefiniendo la construcción en alta montaña convencional, con la aplicación de una membrana de lámina única en la estación de intercambio de Grasjoch-Hochalpila. En una región famosa por la intensidad de la nieve (hasta 380 kg/m²) y unos vientos que alcanzan velocidades de 200 km/h, Vector Foiltec marca la pauta en cuanto a tecnología de membrana de lámina única. La estación de intercambio, que conecta las poblaciones de St. Gallenkirch y Schruns del valle de Montafon, en los Alpes austríacos, forma el sistema de telecabinas más largo de Europa, con unos 4.343 m estimados. El diseño de la estación, en forma de L y de cubierta plana, se integra discretamente en el paisaje
that enjoy improved UV stability and that are also suitable for single layer technologies as they do not delaminate. Each layer can incorporate different levels of solar shading enabling the designer to optimize the aesthetic and environmental performance of the building envelope. The Texlon® Vario cladding system reacts to the sun and change their transmission and insulation throughout the day. Generally the client issues the required optical and thermal specification to Vector Foiltec and it finds the solution by manipulating the number of foils, the pattern coverage and/or the lacquer density. It is important to maintain a very close relationship with partners to ensure that we understand their par-
que la rodea. Este proyecto, consistente en 2.435 m² de lámina de Texlon® ETFE transparente, se sometió a ensayos exhaustivos para determinar la viabilidad de la tecnología de membrana de lámina única en un entorno tan difícil. Su éxito, gracias a una protección permanente frente a cualesquiera condiciones meteorológicas y a unas vistas espectaculares de las laderas de Vorarlberg que lo rodean, es la culminación de un diseño innovador y de las tres décadas que lleva Vector Foiltec brindando su habilidad para “encontrar soluciones”. Vector Foiltec fue la primera empresa que imprimió tramas en las láminas de ETFE para reducir la ganancia solar. Ahora ha desarrollado una nueva generación Photo / Foto: Vector Foiltec
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Photo / Foto: Vector Foiltec
The southwest facade generates a nitrogen-based fog that acts as a solar filter by means of the dense, opaque gas particles between two layers of Texlon® ETFE foil. La fachada suroeste genera una niebla de nitrógeno que actúa como un filtro solar, por medio de las partículas de gas densas y opacas ubicadas entre dos capas de lámina de Texlon® ETFE.
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ticular requirements for any given project. The unique MediaTIC façade in Barcelona is the perfect example of a successful partnership. The total building volume forms a cube of 44m x 44m x 37.82m high. It utilised Vector Foiltec’sTexlon® ETFE to facilitate eco-efficiency in cutting-edge design. MediaTIC uses 2,500m² of intelligent Texlon® ETFE cladding on both the South East and South West facades. The individually climatic controlled ETFE cushions of the East façade receive an average of six hours of sunshine a day and use Vector Foiltec’s Texlon®Vario system to optimise solar gain in any climate - opening in winter to increase solar energy gain and closing in summer to reflect heat. The South West façade incorporates Texlon®
de barnices patentados con una mayor resistencia a los rayos UV, también apropiados para las tecnologías de capa única, puesto que no se deslaminan. Cada capa puede contener distintos niveles de sombras, lo que permite al diseñador optimizar el rendimiento estético y ambiental del cerramiento del edificio. El sistema de revestimiento Texlon® Vario reacciona a la exposición solar y cambia su transmisión y aislamiento a lo largo del día. Por lo general, el cliente informa a Vector Foiltec de las especificaciones ópticas y térmicas deseadas y la empresa encuentra la solución, manipulando el número de capas, la densidad de las tramas o la del barniz. Es importante mantener una relación muy estrecha con los socios, para asegurarnos de entender sus re-
Cloud – where Vector Foiltec generates a nitrogenbased fog that acts as a solar filter by means of the dense, opaque gas particles between two layers of Texlon® ETFE foil. These mechanisms along with Vector Foiltec’s temperature, humidity and pressure sensors in the facades have very low operating costs and ensure MediaTIC’s “eco-efficiency”. Up to 95% CO2 reduction through the use of clean energy (20%), the implementation of a photovoltaic roof system (10%), Vector Foiltec’sTexlon® ETFE cladding (55%) and the use of energy-efficient smart sensors for temperature, humidity and pressure (10%), MediaTIC’s phenomenal green credentials are a tribute to innovative design and technology. Texlon® ETFE foil systems are mainly utilized for transparent roofs and facades in architecturally challenging buildings. The transmittance of ultra-violet light also makes them ideal for botanical gardens, retail malls, swimming pools and zoological gardens. “Texlon® ETFE is also being increasingly used for stadia projects”. The decision to cover the roof of the world’s first permanently enclosed stadium with a natural turf pitch at Forsyth Barr Stadium with Texlon® ETFE is set to revolutionize the stadia industry. Vector Foiltec is currently in contract to install four additional stadia on three continents. The Texlon® ETFE system can easily be adapted by means of inexpensive lighting equipment to create stunning media façades or branding opportunities. “In the case of Texlon® ETFE it is definitely a case of getting more with less”. Vector Foiltec’s commitment to delivering intelligent solutions of long term sustainable value led it to undertake a life cycle analysis of the Texlon® ETFE system. In 2011 following almost two years data collection and third party evaluation, Vector Foiltec received an EPD (Environmental Product Declaration) for the Texlon® ETFE system. “Vector Foiltec is the only ETFE company in the world to have a valid EPD”. Texlon®’s low levels of embodied energy and outstanding environmental benefits such as the reduction in artificial lighting required in a building and the substantial reduction of supporting structure and speed of installation compared to a similar glazed system result in an ecologically benign climatic envelope. Texlon®’s efficiency and lightness allow the creation of cladding envelopes that use less than 1% of the embodied energy of comparable technologies for a better environmental performance. Furthermore,
quisitos concretos para cualquier proyecto. La fachada del edificio barcelonés MediaTIC, única en su género, es el ejemplo perfecto de una colaboración con buenos resultados. El volumen construido total forma un cubo de una altura de 44 x 44 x 37,82 m. Se empleó el Texlon® ETFE de Vector Foiltec para lograr un diseño innovador y a la vez ecoeficiente. El edificio lleva 2.500m² de revestimiento de Texlon® ETFE inteligente en las fachadas sureste y suroeste. Las almohadillas de ETFE de la fachada este, cuya climatización se controla individualmente, reciben una media de seis horas diarias de sol. Gracias al sistema Texlon® Vario de Vector Foiltec, optimizan la ganancia solar, sea cual sea el clima: en invierno se abren y la aumentan, mientras que en verano se cierran para reflectar el calor. La fachada suroeste incorpora el sistema Texlon® Cloud: Vector Foiltec genera una niebla de nitrógeno que actúa como un filtro solar, por medio de las partículas de gas densas y opacas ubicadas entre dos capas de lámina de Texlon® ETFE. Estos mecanismos, así como los sensores de temperatura, humedad y presión de Vector Foiltec instalados en las fachadas, tienen unos costes de explotación muy bajos y garantizan la “ecoeficiencia” del edificio Media-TIC. Hasta un 95 % menos de CO2 gracias al uso de energía limpia (20 %), la implantación de un sistema de cubierta fotovoltaica (10 %), el revestimiento de Texlon® ETFE de Vector Foiltec (55 %), y el uso de sensores inteligentes de bajo consumo para la temperatura, la humedad y la presión (10 %): las credenciales ecológicas del Media-TIC son un homenaje al diseño y la tecnología innovadores. Los sistemas de láminas de Texlon® ETFE se utilizan principalmente en cubiertas y fachadas transparentes de edificios de arquitectura compleja. Por su transmitancia de luz ultravioleta, son también ideales para jardines botánicos, centros comerciales, piscinas y zoológicos. “El Texlon® ETFE también se emplea cada vez más en proyectos de estadios”. La decisión de revestir la cubierta del primer estadio permanentemente resguardado y con césped natural —el Forsyth Barr— con Texlon® ETFE va a revolucionar la industria de este tipo de espacios. En la actualidad, han contratado a Vector Foiltec para instalar cuatro estadios más en tres continentes. El sistema Texlon® ETFE es fácil de adaptar, mediante un equipo de iluminación económico que genera unas fachadas mediáticas impresionantes u oportunidades de construcción de marca.
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as the surface is very smooth and has anti-adhesive properties, the envelope self-cleanses under the action of rain. Texlon® ETFE is fully recyclable and can be reintroduced to the production process after the end of the design life.
“El de Texlon® ETFE es, sin duda, el típico caso en el que se obtiene más por menos”. El compromiso de Vector Foiltec de aportar soluciones inteligentes de valor sostenible a largo plazo les llevó a emprender un análisis del ciclo de vida del sistema Texlon® ETFE. En el año 2011, tras casi dos años de recogida de datos y evaluación por terceros, Vector Foiltec recibió la DAP (Declaración Ambiental de Producto) para el sistema Texlon® ETFE. “Vector Foiltec es la única empresa de ETFE del mundo que cuenta con una DAP válida”. Los niveles bajos de energía integrada del Texlon®, así como sus ventajas excepcionales para el medio ambiente —como el descenso de la iluminación artificial necesaria en un edificio y la reducción considerable de estructuras de soporte y velocidad de instalación, frente a un sistema de acristalado similar—, resultan en un cerramiento climático ecológico. Gracias a la Photo / Foto: Nigel Young/Foster + Partners eficacia y la ligereza del Texlon®, pueden generarse cerramientos de Texlon®’s efficiency and lightness allow the creation revestimientos que utilizan menos of cladding envelopes that use less than 1% of the del 1% de la energía integrada de embodied energy of comparable technologies. tecnologías comparables, con lo cual se mejora el desempeño amTexlon®, pueden generarse cerramientos de biental. Además, la superficie es revestimientos que utilizan menos del 1% muy satinada y tiene propiedades de la energía integrada de tecnologías comparables. antiadherentes, de manera que el revestimiento se limpia por sí solo por acción de la lluvia. El Texlon® ETFE es totalmente In 2001 Vector Foiltec installed the ‘futuristic’ reciclable, y puede reincorporarse al proceso de fabriTexlon® ETFE geodesic biomes at the world famous cación al acabar la vida del diseño. Eden Project in Cornwall, which changed the face En 2001 Vector Foiltec instaló los biomas geodésicos of architecture; just ten years later “Vector Foiltec’s “futuristas” de Texlon® ETFE en el mundialmente Texlon® ETFE is still changing the face of architecture” famoso proyecto Eden en Cornwall, que transformó with projects such as the Khan Shatyr Entertainment el rostro de la arquitectura. Algo más de una década Centre which experiences a temperate climate when después, “el Texlon® ETFE sigue transformando el the external temperature in Astana is -30˚C. Who rostro de la arquitectura” con proyectos como el knows what the next ten years will bring. ✦ Khan Shatyr Entertainment Centre, que disfruta de un clima templado cuando la temperatura exterior en Jocelyn O’Shea is the Associate Director at Vector Foiltec, and holds a degree in Business Administration. Astana es de -30˚C. Quién sabe lo que nos depararán los años venideros…. ✦ 46
Jocelyn O’Shea es Directora Asociada de Vector Foiltec, y es Licenciada en Administración de Empresas.