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Seminário Coberturas de Madeira, P.B. Lourenço e J.M. Branco (eds.), 2012
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Metropol Parasol algo más que una estructura de madera
David Rifà
[email protected]
SUMÁRIO
En el presente artículo pretendemos hacer una introducción a esta emblematica obra que se
inaguró en marzo de 2011. Nos centraremos principalmente en los aspectos en los que estuvo
involucrada la empresa Finnforest-Merk: Concepcion y cálculo de los elementos de madera y
sus uniones, fabricación y montaje de las mismas.
PALAVRAS-CHAVE: METROPOL PARASOL, KERTO-Q, BARRAS ENCOLADAS
1. DATOS GENERALES DEL PROYECTO
- Arquitecto ; J. Mayer H, Berlin
Dirección de la obra : Jürgen Mayer H, Andre Santer, Marta Ramirez Iglesias
- Promotor : Ayuntamiento de Sevilla
- Concesionario : SACYR S.A.U
- Concepción Estructural : ARUP Berlin / Madrid (Jan-Peter Koppitz, Prof. Wolker Schmid,
Steffen Janitz
- Estructura de madera/componentes, diseño de detalles y uniones :
Finnforest, Aichach
- Gestión del proyecto , Fritz Kunz, Guido Hock
- Colaboradores cálculos/ensayos : Borimir Radovic, Prof Dr.-Ing F. Colling, Prof Dr.-Ing G.
Steck, Prof Dr-Ing U.Kuhlmann, Dr. H-P Günter, Augsburg Polytechnical School, University
of Stuttgart
- Calculo Estructural : Harrer Engineering, PPB Engineering, APU Engineering
1.1. Fases del Proyecto
- Junio 2005 ; Consulta con Finnforest y primeros bocetos de la estructura
- Agosto 2007 ; Firma del contrato ;
Aproximadamente 6 meses de estudios y cálculos seguidos por el planing de producción
- Julio 2008 ; Inicio del montaje de los troncos
- 2009-2010 ; Interupciones diversas durante el montaje
- 2010 ;
Inicio del montaje de los parasoles
- Diciembre 2010 ; Apertura del mercado
- Marzo 2011 ; Fin del trabajo de la estructura de madera
- 27 de Marzo 2011 ; Inaguración oficial
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1.2. Descripción del Proyecto
Formado por 6 torres que popularmente
popula
se conocen como “setas”.
Rehabilitar la zona degradada de la plaza de la Encarnación, mediante un museo, mercado y en
la parte superior cafetería y restaurante.
Icono turistico,, un recorido por la parte superior permite al visitante tener vistas sobre todo el
casco antiguo de Sevilla.
Figura 1 –Planta.
Figura 2 –Séccion e maqueta de madera.
1.3. Algunas Cifras
- 2.500 m3 de Kerto
- 3.400 Elementos diferentes
- 700 Toneladas de Acero para aproximadamente 70.000 piezas
2. CONSTRUCCION EN MADERA
MADE
Los pilares P1,P2, completamente
etamente realizados en madera a partir de la cimentación.P3 y P4,
nucleo de hormigón zona exterior de los pilares y estructura realizada en madera.
P5 y P6 construida completamente en madera
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Figura 3 –Secciones – diseño estructural.
Figura 4 –Efecto
Efecto de soporte de un parasol
parasol rigidizado por barras de connexión.
connexión
2.1. Material Utilizado
Madera microlaminada Kerto-Q.
Kerto
Por que este material, alta resistencia y poco peso. Estable
ante los cambios de temperatura,
temperatura, principal problema de la estructura metálica en un clima
como el de Sevilla. Estabilidad dimensional, el gran tamaño de las piezas precisaba de una
buena estabilidad dimensional ante los cambios de humedad, teniendo en cuenta que es una
estructura al exterior. Un aspecto
specto que se tuvo que tener en cuenta en le proceso de cálculo
cál
es la
deviación de las fibras, tener en cuenta cuando las piezas se cortan
Figura 5 – Calculo estructural con Kerto-Q.
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2.2. Proceso de Cálculo
Se tomaron las siguientes consideraciones en cuanto a Normativa, Cargas, ponderaciones y
Kmod clase de servicio teniendo en cuenta la protección de la madera.
Normativa Utilizada
Elementos de madera :
EN 1995-1-1 (complementado por DIN 1052:2008-12 en ciertos casos)
- VTT Certificado No 184/03 (complementado por el certificado técnico aleman Z-9.1100(tratamiento quimico y informes de expertos (clase de servicio 2, componentes de grandes
dimensines, producción
Elementos metálicos y uniones metálicas
EN 1993-1-1
EN 1993-1Coeficientes de seguridad parciales uilizados y coeficientes:
-Yf = 1.5 para todos los casos de carga
Kmod= 0.80
Ym = 1.3 para LVL (adaptado l valor aleman
Rch = 0. Por el tratamiento químico
N = 0.79 omo continencia
Adicional de 5 % por la resistencia a flexión si h 2500 mm
Nota ; debido a a complejidad de proyecto y su tamaño vario coeficientes se tomaron con
vaores más conervadores que los habituales.
Debido a que las uniones son semirígidas el proceso de cálculo es iterativo
Consideraciones
En el proceso de cálculo tomamos las siguientes consideraciones :
- Nudos articulados para fuerzas axiales en la parte superior e inferior
- Transición (distribución) de las fuerzas en los elemento de la cuadricula
- Concentraión de esfuerzos en los cortes exteriores
- Concentración de esfuerzos en las areas de transmision de fuerzas
- Comportamiento del pre-tensado en las barras en tensión , perdida de pre-tensado por
deslizamiento con el tiempo
- Capacidad maxima de fijar conectores de placa en elementos delgados
- Posibilidad de compensar las tolerancias
- Parámetro de contigencia para movimientos (redistribuiones) no deseables de las cargas
- Requisitos estéticos de las uniones
- Posibilidad de estandardizar las uniones
- Altura de los elementos definidos por el arquitecto
- El incremento de anchura de los elementos está altamente restringido por la carga máxima
total de la estructura
-Barras encoladas, certificado tecnico para colas epoxy especiales no estaba disponible en 2007
- Decisión de utilizar barras encoladas en Enero de 2009 despues de simulaciones y ensayos.
Cálculo de las fuerzas y dimensines en la estructura de madera.
-Finnforest recibío una enorme matriz que caraterizaba cada unión tipo para cada inclinación
de las vigas de madera, para cada posible espesor de la madera, cada ángulo de la fibra y cada
ángulo fuerza-fibra, incluido el peso de las uniones.
-Arup añadio valores iniciales en su modelo de elementos finitos para el ancho de las piezas de
madera y el peso de los nudos.
- Se determinaron las fuerzas internas variables en los componentes de soporte
- Arup programó una rutina automática para realizar el cálculo iterativo de las secuencias
independientemente
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Componentes y pruebas de detalle
-Matriz
Matriz de Arup con todos los elementos, se obtenian los esfuerzos sobre las uniones, se
calculaban las uniones y su correspondiente rigidez que se volvía a incluir en la matriz de
cáclulo para volver a obtener los esfuerzos hasta que los valores convergian
- Las dimensiones finales de las secciones bajo la consideración de los parámetros locales e
influencias como las uniones incluyendo todas las conexiones metálicas fue realizado por
Finnforest en colaboración con sus subcontratistas
- Finnforest combinó los datos de la eometría global suministrada por los
los arquitectos y Arup
con los datos con sus propios elementos planificados y el sistema de geometría de detalle. Se
determinaron las fuerzas en las uniones y las uniones seleccionadas, basadas en las fuerzas
internas variables especificadas por Arup.
gura 6 – Ejemplo de elementos transversales
Figura
2.3. Protección
Todo el Kerto-Q
Q se trato en autoclave para una clase de riesgo 3.
Adicionalmente se aplicó una Pintura de poliuretano,, permite transpirar a la madera , y
considerar en cálculo como clase de servicio 2.
Se pudo considerar un Kmod = 0.9, en lugar de un valor de 0.7 correspondiente a la Clase 3
Se pudo considerar un Kdef =0.8 en lugar de un valor de 2.0 correspondiente a una clase 3
El poliuretanao se aplicaba
aba por otra empresa en una nave de Sevilla, a excepción de ciertas
zonas de las uniones que se aplicaban en obra una vez instaladas las uniones, de forma que la
capa de poliuretano tuviese continuidad.
3. UNIONES
Como en todo proyecto de construccion en madera,
madera, un punto clave son las uniones.
Las uniones de los troncos no presentan gran complejidad ya que se realizarón mediante
escuadras con clavos.
El punto más delicado es el sistema de uniones de las cuadriculas. La complejidad reside en
que unones empotradas
as y los esfueros a transmitir.
El diseño inicial, mediante barra metálicas y pletinas se demotró que no era efectivo, y se tuvo
que diseñar un nuevo sistema.
Por parte de Arup se penso posteriormente en un sistema de Pretensado, que tambien fracasó
por la perdida de resistenca debido a los movimientos de la madera
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Figura 7 – Primer prototipo del diseño de la union
Figura 8 – Paneles de Kerto-Q pretensados
El sistema que finalmente se aplicó se basa en uniones con barras encoladas que fijadas al
Kerto permitián la transmisión de los momentos al formar un par, los esfuerzos cortantes se
transmitian en el eje de unión de los dos elementos.
En el esquema adjuntoo se observa el sistema de transmisión de esfuerzos de este tipo de unión.
Figura 9 – Diseño principal de la unión metálica
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Las altas temperaturas a las que podría estar sometida la temperatura más de 47 ºC,
presentadan problemas con las colas de las barras encoladas que podrían perder resistencia.
Formulación de colas especiales para soportar las altas temperaturas, los requisitos del cliente
era que pudiera soportar temperaturas superiores a los 80º C
Figura 10 – Simulación de temperatura en paneles Kerto-Q
Kerto Q de 68 mm de espesor.
4. SISTEMA PRODUCTIVO
Se parte del modelo de dibujo en 3D de este modelo se extraen los dibujos de cada elemento.
En primer lugar se trataron en autoclave placas de Kerto-Q
Kerto Q de 27 mm, posteriormente se
secaron y se encolaron mediante la prensa de vacio para formar placas del espesor requerido,
alterrnando las placas para evitar puntos debiles.
A partir de estas placas se mecanizaron las piezas en su dimensión final mediante máquina de
Control Numérico. Posteriromente se procedía a realizar los taladros de las uniones, se
encolaron las barras con un curado a tempertura. En paralelo se fabricaban los herrajes
metálicos de las uniones. La protección con pintura de poliuretano se
se realizó por parte de otra
empresa en un taller a las afueras de Sevilla. Se dejarón por proteger únicamente las zonas de
las uniones, posteriormente una vez fijadas las uniones en obra se acabaron de cubrir de forma
que la película de poliuretano formase una película contínua.
Figura 11 – Fabricación.
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Figura 12 – Combinación de los elementos en un panel.
Figura 13 – Produccion – barras encoladas.
Figura 14 – Mecanizado manual.
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4.1. Transporte
Se utilazaron camiones para su transporte directo a obra del material, los camiones de
dimensiones estandard se enviavan directamente.
Para los camiones de dimensiones especiales, realizaban una parte
parte del trayecto en barco desde
el Norte de Alemania a Bilbao, para finalizar el recorido por carretera.
4.2. Montaje
Proceso de gran complejidad, en el que se debía mantener la máxima precisión en la geometría.
Ya que debido al gran número de piezas que se deberian
deberian ensamblar con la máxima precisión,
hay que tener presente el gran número de elementos 3400, una suma de diferentes errores en el
montaje podría provocar diferencias de medidas de dificil solución.
Se utilizaron varios equipos de topografos, que controlaron
controlaron la posición de las diferentes piezas
a ensamblar.
El montaje se inició por los troncos P1 y P2, una vez
ve montados los troncos se tuvo que levantar
un complejo sistema de encofrados que permitiera soportar el arco entre los dos pilares hasta
que estuviera completado. Por otra parte se tuvo que desarrollar un sistema que permitiera
acceder a los trabajadores a las uniones de las retículas.
Como se observa en la foto se desarolló un sistema de cesta fijada a la torre que permitía a los
trabajadores acceder
der a las uniones de la ret´cula de madera.
Figura 15 – Montaje.
Figura 16 – Montaje y andamios.
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Figura 17 – Montaje de los parasoles.
Figura 18 – Vista del proyecto.
5. AGRADECIMENTOS
A todo el equipo de Finnforest Merk que estuvo invoucrado en este proyecto y liderado por
Fritz Kunz, entre otros formado por Guido Huock, Ullrich Muller, Jens Jaminstkjy,
Jaminstkjy carlos
Rausch, Magnus Birmaier y al fin y al cabo la empresa al completo.
6. REFERÊNCIAS
Documentación Interna de Finnforest Merk.