cubiertas de grandes luces para estadios deportivos
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CUBIERTAS DE GRANDES LUCES PARA ESTADIOS DEPORTIVOS
PONENTE: Ing. Ph. D Jos F. Sima Brum
(URUGUAY)
Proyect Manger:
(Schalaich Bergermann und Partner do Brasil)
ORLAY LEONARDO SOTO JAIMES
COD: 2114594
Presentado a :
Ing. Ph.D Alvaro Viviescas Jaimes
Docente Anlisis Estructural
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA INGENIERIA CIVIL
BUCARAMANGA
2014
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CONTENIDO
INTRODUCCION .................................................................................................................................. 3
ALTERNATIVAS LIGERAS ..................................................................................................................... 4
SPOKED WHEEL O RUEDA DE RADIOS ............................................................................................... 5
CONDICION GEOMETRICA. ............................................................................................................. 6
CUBIERTAS RETRACTILES .................................................................................................................... 7
MATERIALES UTILIZADOS ................................................................................................................... 8
MATERIAL DE CUBIERTA................................................................................................................. 8
MEMBRANAS .................................................................................................................................. 9
CABLES DE ACERO ........................................................................................................................... 9
ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEO ............................................................................... 10
ANLISIS ESTRUCTURAL Y SISTEMA CONSTRUCTIVO. .................................................................... 11
CONSIDERACIONES BASICAS EN EL DISEO DE ESTRUCTURAS.................................................. 11
ALGUNAS REALIZACIONES RECIENTES DE LA FIRMA....................................................................... 13
CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 19
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INTRODUCCION
Las alternativas ligeras en construccin marcan la diferencia en la actualidad a la
hora de disminuir costos y aumentar simplicidad en el diseo de la construccin,llevando la tendencia fuera de lo comnmente preestablecido durante los
fervorosos y prsperos aos del concreto, como elementos producidos a gran
escala, se han posicionado como componentes primarios en el diseo estructural
de variadas aplicaciones. Cuando hablamos de escenarios deportivos como
estadios en especial debemos tener en cuenta actualmente la necesidad de
elaborar cubiertas que protejan al 100% de los espectadores, dicha necesidad
lleva al hombre a buscar alternativas ligeras con materiales como el acero
estructuralmente (Cables-Montajes) y membranas textiles cuando de la cubierta se
habla.
Adems de utilizar estos materiales en cubiertas deportivas tambin se han
aplicado a nivel mundial en obras civiles de infraestructura como puentes (del tipo
colgante), membranas arquitectnicas, en rehabilitacin de elementos
estructurales, sistemas alternativos de transporte, elementos de soporte
provisional, etctera.
El presente informe presenta un corto resumen general en cuanto a la proyeccin
de materiales y procesos utilizados en la construccin de cubiertas de grandes
luces, como alternativa estructural para espacios habitables a muy bajo costo y
como ejemplo de aplicacin arquitectnica de construcciones ligeras.
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ALTERNATIVAS LIGERAS
Los promotores de estos eventos multitudinarios, conscientes del beneficio que
supone la concentracin como puede ser un espectculo deportivo, una corrida detoros o un concierto, necesitan cada vez ms edificios con una importante
congregacin. Cuando se trata de cubrir edificaciones existentes, como plazas de
toros o cubiertas de estadios, se suma la necesidad de adaptarse a una obra
construida lo que supone en la prctica la reduccin del nmero de soluciones
estructurales posibles.
Las cubiertas de grandes luces en cables de acero, presentan entre otras ventajas
el bajo peso de sus componentes y el origen prefabricado de todos sus elementos,lo que reduce costos de transporte de materiales a obra y el tiempo de montaje de
la estructura.
Una ventaja de este tipo de estructuras radica en la posibilidad de su traslado a
otras locaciones en un corto tiempo de desmontaje y montaje.
Cuando se habla puntualmente de alternativas ligeras se busca un sistema
estructural eficiente que permita salvar un gran vano en voladizo, se tiene tambin
como responsabilidad principal buscar soluciones eficientes que reduzcan el
consumo de material y a su vez hagan este proceso ms sostenible.
De la misma manera las especificaciones tcnicas del material de cubierta
permitirn proyectar la vida til de la estructura. A nivel internacional existe un
auge importante en el desarrollo de textiles de gran resistencia y durabilidad. En
estos materiales se seleccionan caractersticas como las materias primas, que
generalmente se presentan en fibra de vidrio o polister de alta tenacidad y
recubrimientos de base en tefln, silicona o PVC.
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SPOKED WHEEL O RUEDA DE RADIOS
En esta implementacin se parte del principio de una rueda comn de bicicleta, es
un sistema auto equilibrado en su plano horizontal, adems es un tipo de
estructura que tiene como principal caracterstica la enorme resistencia de una
carga normal al plano.
La razn de su alta resistencia es que cuenta principalmente con dos anillos
rgidos, uno exterior que trabaja a compresin y uno exterior que lo hace a
traccin.
Para implementar este sistema en cubiertas de estadios se deben tener comomnimo dos anillos de compresin exterior y uno de traccin interior, adems de
estos elementos se debe contar con cables pretensados que conecten la accin
de traccin y compresin.
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Debido a que este sistema puramente a traccin y compresin, acompaado de
las membranas textiles, trabajan a mxima capacidad lo que lo lleva a tener una
gran eficiencia.
En la mayora de estadios se articulan dichos cordones metlicos con la estructuraexistente en hormign. Posteriormente la estructura metlica se recubre con
tramos de membrana dando origen a la liviana cubierta en voladizo.
CONDICION GEOMETRICA.
Cuando se hace referencia al sistema auto equilibrado se tiene que partir de un
principio matemtico fundamental empleado en el anlisis estructural como son las
fuerzas resultantes.
Diferente direccin, resultante igual. Con este principio se garantiza una
estabilidad horizontal equilibrada en el plano. Y solo se tiene que pensar en
disear e implementar los apoyos verticales y puntos intermedios de dichos
anillos.
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CUBIERTAS RETRACTILES
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MATERIALES UTILIZADOS
Los materiales empleados son los elementos visibles en los que se materializa el
concepto arquitectnico y estructural de la obra. Existe un gran nmero de
combinaciones entre los materiales (acero, aluminio y materiales compuestos), y
los del sistema de cobertura: vidrio y membranas textiles con sus variedades
opacas (PVC y tefln), y transparentes (ETFE).
El material empleado ms comnmente en este tipo de cubiertas es el acero,
materializado en forma de perfiles laminados o en elementos tubulares, se
consigue un gran aprovechamiento del material que conduce a soluciones muy
econmicas y de una gran esbeltez.
MATERIAL DE CUBIERTA
En la eleccin del material se presentan gran nmero de variables que deben de
ser estudiadas y valoradas en funcin de la localizacin y el uso especfico
arquitectnico.
Aislamiento del soleamiento y lluvia
Luminosidad
Aislamiento trmico
Aislamiento acstico
Acstica del recinto
Peso del sistema
Coste de conservacin
Comportamiento frente al fuego
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MEMBRANAS
Las membranas son tejidos de polister a los que se van agregando capas
superiores e inferiores de PVC en nmero de hasta dos por lado con distintos
espesores, dependiendo de la aplicacin y una capa final de tefln. Los hilos que
forman el tejido base a su vez tienen varios filamentos, esta puede ser abierta o
cerrada de acuerdo a los espacios que quedan entre los hilos al formar la malla.
El tejido base da la resistencia requerida a tensin en los dos sentidos, mientras
que las capas de PVC tienen como funcin proteger al tejido contra los rayos UV,
abrasin y agentes atmosfricos, garantizando la vida til del material.
CABLES DE ACERO
El Cable de Acero est compuesto de un conjunto de elementos que transmiten
fuerzas, movimientos y energa entre dos puntos, de una manera predeterminada
para lograr un fin deseado.
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El conocimiento pleno del inherente potencial y uso de un Cable de Acero, es
esencial para elegir el cable ms adecuado para un equipo, tomando en cuenta la
gran cantidad de tipos de cables disponibles.
El entendimiento completo de las caractersticas de un cable de acero es esenciale involucra un conocimiento profundo de las condiciones de trabajo, factores de
carga y resistencias del cable, porque hay que tener presente que: "donde hay un
cable de acero trabajando, hay vidas humanas en juego y que frecuentemente es
usado como un fusible en los diferentes equipos".
ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEO
Los materiales nuevos, a travs de ensayos y experiencias
Mtodos de construccin nuevos e inusuales
Experiencia y organizacin del equipo de diseo
Por todo ello se deben considerar los siguientes aspectos especiales del diseo
tales como:
Distribucin de nieve y su acumulacin en grandes superficies enfuncin del viento
Distribucin de la presin del viento en grandes reas las que deben ser
consideradas terica y experimentalmente, teniendo en cuenta la
historia en el tiempo
Respuesta rgida y elstica de la estructura bajo la accin del viento
considerando la resonancia
Efectos a largo plazo de las acciones como el pretensado, fluencia y
temperatura
Geometra no lineal y el comportamiento del material
Confiabilidad y factores de seguridad de los nuevos materiales
compuestos de alta tecnologa
Diseo de detalle
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Las ventajas ofrecidas por la informtica y la automatizacin han sido muy
importantes en el campo del diseo estructural en general y particularmente
esencial en el caso de los sistemas estructurales livianos.
ANLISIS ESTRUCTURAL Y SISTEMA CONSTRUCTIVO.
CONSIDERACIONES BASICAS EN EL DISEO DE ESTRUCTURAS
Una estructura es ms eficiente si trabaja a esfuerzos bsicos de
traccin/compresin en comparacin a flexin o torsin
Materiales idneos para cada parte de la estructura
Hormign es pesado pero resistente a pandeo
Acero es ligero y resistente
Aluminio es extremadamente ligero y resistente pero difcil de soldar
Madera es ligera, natural y resiste a traccin/compresin aunque es muy
deformable
Deformacin axial es un orden de magnitud menor que deformacin por
flexin
Cuando se disea cualquier estructura innovadora de alta precisin, un anlisisexhaustivo del diseo debe ser llevado a cabo. Bsicamente en este tipo de
sistema los problemas a resolver son:
Resistir al viento.
Asumir una configuracin esttica ptima con la menor cantidad de
material.
Emplear telas resistentes.
Ser de fcil montaje.
El anlisis estructural es realizado por computadoras, modelos a escala, adems
estructuras de dos dimensiones de simple curvatura son calculadas a mano
aplicando mtodos analticos. La carga de viento es la que ms influye en las
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estructuras tensionadas, para soportarlas deben tener la curvatura y pretensado
adecuado.
En el mtodo de elementos finitos se combinan eficientemente las hiptesis fsicas
y matemticas, donde el objeto de anlisis se basa, que a cada elemento se leasignan propiedades proporcionales a las del material y mediante operaciones
matriciales se realiza la solucin del modelo.
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ALGUNAS REALIZACIONES RECIENTES DE LA FIRMA
(Schalaich Bergermann und Partner do Brasil)
Arena da Amaznia
Inspirado en la vida silvestre alrededor de Manaos la idea clave de diseo naci
de la envoltura de la nueva Arena da Amazonia. La realidad construida del
esquema, una concha de rejilla en forma de diamante, es verdaderamente
impresionante como las asociaciones saltan, especialmente durante la noche
cuando la membrana est iluminado de modo brillante.
Informacin de la construccin:
Comienzo de la fase de diseo: Abril 2010
Finalizacin: 04 2014
Capacidad: 44.400 espectadores
Cubierta Superficie: 25.500 m2
Estructura de acero: 5.700 toneladas
Superficie de la membrana: 31.000 m2
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Las caractersticas de la estructura articulada contienen cojinetes en los puntos de
raz para evitar fuerzas del movimiento. En este caso, el sistema esttico funciona
con slo un anillo de compresin en el borde interior de la cubierta y un anillo
de tensinen el borde exterior. Debido a la interaccin del momento en voladizo
puede ser absorbida por un par de fuerzas horizontal. Para facilitar el transporte y
el montaje de las secciones de caja soldadas fueron fabricados en los segmentos
modulares. Ambos, el techo y la fachada constan de una alta resistencia de la
membrana de fibra de vidrio resistente que es PTFE recubierto.
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Estdio Nacional
La capital brasilea, figura como patrimonio de la humanidad por la UNESCO
acaba de cumplir 50 aos de edad. Brasilia es casi una "ciudad sagrada" de la era
moderna para los ingenieros estructurales y arquitectos. Por tanto, los arquitectos
del gmp y los ingenieros de schlaich bergermann und partner, junto con
arquitectos Castro Mello e ingenieros Luis Pitta ETALP tuvieron el honor de ser
parte del equipo de la edicin de otro edificio monumental.
La estructura de hormign armado del techo del estadio comprende lel crculo de
columnas que consta de 288 pilares de hormign, as como el anillo de
compresinde hormign del techo-cable de red. Toda la estructura se basa en
un crculo perfecto basado en 96 radiales y 3 ejes anillo tangenciales de los
pilares de hormign. Los 288 pilares de hormign son de hasta 61 m de altura y
con un dimetro de 1,2 a 1,5 m El anillo cnico de compresin de hormign
tiene un dimetro exterior de 309m. Las grandes fuerzas de traccin de la
estructura del cable estn anclados en las paredes radiales por medio de hebras
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cables. Los suspendidos del techo consiste en un cable de red que cuenta con 48
cables radiales. Estos se conectan el anillo de compresin hacia el anillo de
tensin. Adems de todo esto son el radial delgado y vigas tangenciales que se
estabilizan de forma continua por los arcos de la membrana .Todo el techo est
envuelto en una membrana de fibra de vidrio de PTFE.
Informacin de la construccin
Comienzo de la fase de diseo: Diciembre de 2008
Finalizacin: 03 2013
Capacidad: 72 800 espectadores
Cubierta Superficie: 67 000m2
Dimensiones: 309m (borde exterior del anillo de compresin), 102m (abertura
del techo)
Estructura de acero: aprox. 2.200 toneladas
Superficie de anillo de compresin: 20.000 m2
Superficie de membrana: 40.000 m2 de fibra de vidrio - PTFE
Superficie de poli-carbonato de: 70.000 m2
Superficie Total: 47.000 m2 techo
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Estadio Maracana
Probablemente, slo hay muy pocos edificios en todo el mundo que han logrado
una esplndida reputacin dentro del ms corto tiempo de existencia del estadio.
A nivel mundial, para muchos aficionados al ftbol, este nombre es sinnimo de
grandes momentos en el deporte. El templo santo en la tierra del ftbol, as como
los brasileos llaman "su" Maracan.
Una opcin innovadora de este sistema, que cuenta con un anillo de compresin y
tres anillos tensores hechos de materiales de alto rendimiento, facilita un techo
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casi flotando.
Incluso en lo que respecta a la sostenibilidad, esta solucin es mejor que todas las
estructuras convencionales de techo. Los cables de los radios se aprietan entre la
llanta de la rueda, llamado anillo de compresinen ingeniera estructural, y losanillos de tensin asignados en el borde interior de la cubierta. Estos estn
hechos de cables de alta resistencia. La cubierta del techo consiste en una
membrana de fibra de vidrio recubierto de PTFE, suspendido entre los ejes
principales radiales.
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CONCLUSIONES
El desarrollo de la ingeniera estructural junto a la demanda de grandes
espacios para espectculos, ha permitido el auge de las construcciones de
gran luz.
Los sistemas de cables, requieren para su aplicacin el conocimiento y
responsabilidad de los diseadores con propuestas innovadoras y
especificaciones tcnicas de calidad.
El uso simultneo de equipos de fijacin, tensionamiento y medicin, ms el
trabajo en altura, hace que la pericia del operario sea importante en la
calidad de los detalles y en la aplicacin de las tensiones requeridas.
En cuanto a las inclemencias del tiempo no se tienen que preocupar
demasiado ya que el material de la cubierta ofrece gran respaldo y
comodidad.