movilidad de grandes estructuras - emilio pérez piñero · 1 estructuras para grandes luces....

1ESTRUCTURAS PARA GRANDES LUCES. MOVILIDAD, MODULABILIDAD Y PLEGABILIDAD

E.T.S. ARQUITECTURA DE A CORUÑA – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – Juan Pérez Valcárcel

MOVILIDAD DE GRANDES ESTRUCTURAS


JUAN PÉREZ VALCÁRCEL

Catedrático de Estructuras

E.T.S.A. de La Coruña




ESTRUCTURAS TRANSFORMABLES : TIPOLOGÍA

Estructuras móviles.

Estructuras telescópicas longitudinales

Estructuras telescópicas de abanico

Estructuras telescópicas circulares

Estructuras de paneles móviles

Estructuras de vigas o arcos móviles

Estructuras desplegables.

De articulaciones bloqueables

De módulos de haces

De módulos de aspas

ESTRUCTURAS TRANSFORMABLES : USO

Variación annual: Invierno, verano.

Posición normal abierta.

Posición normal cerrada.

Variación frecuente.




CONCEPTOS ELEMENTALES DE DINÁMICA

12

P' d' = 12

P di ii

j jj

trabajo fuerzasexternas

trabajo fuerzasinternas




CONCEPTOS ELEMENTALES DE DINÁMICA: LEYES DE NEWTON

Primera Ley de Newton: Ley de la Inercia

Segunda Ley de Newton: Ley de la Masa

F = m.a

Tercera Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción

Ejemplo.- Panel de 3700 m2 con velocidad máxima de 9 m/min y 3 seg de frenada.

Masa = 3700.60 = 220.000 kg v = 9 m/min = 0,15 m/s a= 0,15/3 = 0,05 m/s2

F = m.a = 220000 kg. 0,05 m/s2 = 33000 N = 33 kN = 3,3 t

Una aceleración de 0,05 m/s2 es equivalente a 0,005 g




UN EJEMPLO PREVIO: GRÚAS DE PÓRTICO




ESTRUCTURAS TRANFORMABLES: REQUERIMIENTOS FUNCIONALES

• Seguridad estructural.

• Seguridad en mecanismos de apertura y cierre.

• Frenado de emergencia → Situación estable.

• Velocidad ≈ 10 m/min (3 ÷ 20 m/min).

• Durabilidad de estructura y mecanismos.

• Facilidad de mantenimiento y reparación.

• Flexibilidad de uso: Cierre parcial.

• Control de zonas de sombra: Jugadores, marcadores, etc.

• Efectos del viento en todas las fases del despliegue (vmax ≈ 70 km/h).

• Seguridad ante el incendio.

• Seguridad ante el sismo.




OCEAN DOME en MIYAZAKI (JAPÓN) (1991-93)

Diseño : Yamamoto, Fukihara, Komeiji

Construcción :

Superficie total : 35.185 m2 (300x120m)Superficie cubierta : 22.726 m2

Altura: 38 m

Estructura : Malla espacial de acero

cubierta textil de fibra de vidrio.

Sistema móvil : Deslizamiento sobre raíles.

Sistema de tracción eléctrico.

v = 9 m/min.

Apertura : 65%












OCEAN DOME en MIYAZAKI (JAPÓN)




OCEAN DOME

MIYAZAKI (JAPÓN)




OCEAN DOME

MIYAZAKI (JAPÓN)




COLISEO DE ARIAKE (JAPÓN) (1990-91)

Diseño : Kenchiku Mode Kenkyuujo Co.

Construcción : Takenaka Corporation

Superficie total : 24814 m2 125x136 m Altura: 40,1 m


cubierta de chapa plegable de cinc.


Sistema de tracción eléctrico por cable.

v = 3 m/min. (17,5 minutos)

Apertura : 65%












Civic Arena (Pittsburgh) (1961 - 2010)

Arquitectos : Mitchell y Ritchey

Ingenieros: Ammon y Witney

Diámetro : 127 m

Altura: 53 m

Superficie total : 12500 m2

Estructura : Entramado de acero.

cubierta chapas de acero inoxidable.

Tiempo de cierre : 2,5 minutos.




Civic Arena (Pittsburgh) (1957-61)




Fukuoka Dome (1991-93)

Diseño : Takenaka Co y Maeda Co

Estructura : Takenaka Co y Maeda Co

Construcción : Takenaka Co y Maeda Co

Superficie total : 74.240 m2 (222 m diámetro)

Altura: 84 m


cubierta chapa de titanio 0,3 mm.



v = 3 m/min. 20 minutos.

Promotor : Fukuoka Daiei Real Estate Co.




Skydome. Toronto (1986-89)

Arquitecto : Rod Robbie (RAN Co)

Estructura : Michael Allen (RAN Co)

Construcción : Ellis- Don Ltd.

Superficie total : 33.374 m2

Superficie cubierta: 31.525 m2 diam = 127 mAltura: 53 m


cubierta de chapa.

Sistema móvil : Deslizamiento sobre raíles.Sistema de tracción eléctrico.


Apertura : 91%








Amsterdam Arena (1991-96)





Diseño : Grabowsky & Poort B.V.

Estructura : Ballast Nedam Eng. Bailey Technogroup.

Construcción : Ballast Nedam y BAM

Superficie total : 36.668 m2 (180x250m)Superficie móvil: 7.668 m2

Altura: 75 m


Hojas de plástico traslúcido

Hojas perforadas

Chapa de aluminio aislada.


Sistema de tracción por cable.


Apertura : 15%








Komatsu Dome. Komatsu. Japón (1995-97)

Diseño : Yamashita Sekkei y Taisei Co

Estructura : Yamashita Sekkei y Taisei Co

Construcción : Taisei Corporation

Superficie total : 21410 m2

Superficie cubierta : 19.100 m2

Altura: 65 m


cubierta textil PTFE fibra de vidrio.



10 minutos.

Apertura : 20%




Plaza de Toros de Moralzarzal. Madrid (2005)Diseño de cubierta: Lanik.




Plaza de Toros de Moralzarzal. Madrid (2005)Diseño de cubierta: Lanik.




Pabellón de Kuwait. EXPO’92. Santiago Calatrava




Arquitecto:

Fruto Vivas.

Estructura:

Frei Otto.

Características:

Malla espacial de acero. Sistema Mero.

Cubierta móvil.

Pabellón de Venezuela. Expo 2000 Hanover.




Museo de Arte de Milwaukee. (2001)Arquitecto:

Santiago Calatrava.

Características:

Vigas en voladizo arriostradas. Giran alrededor de un eje.




Cúpula de gajos de Emilio Pérez Piñero




AUDITORIO DE JAÉNArquitectos: Escrig y Sánchez. (1999)

Luz 42 mTubos de acero 400.7 articuladosApertura: 20 minutos




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES: YURTAS MONGOLAS




YURTAS MONGOLAS




YURTAS MONGOLAS




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES: LEONARDO DA VINCI




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES

De articulaciones bloqueables

De módulos de haces

De módulos de aspas

Articulaciones pasantes

Articulaciones bloqueables

(A)

(B)

A A A AA A A A

B B

B

B B

B




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES DE ARTICULACIONES BLOQUEABLES




ESTRUCTURAS DE ARTICULACIONES BLOQUEABLES

Detail of knots





PP

l1 l2








ESTRUCTURAS DESPLEGABLES DE MÓDULOS DE HACES




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES DE MÓDULOS DE HACES




PATENTES DE EMILIO PÉREZ PIÑERO












MÓDULOS DE HACES CUADRADOS




MÓDULOS DE HACES TRIANGULARES




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES DE MÓDULOS DE ASPAS




PATENTE WATKINS. 1914




MÓDULOS DE ASPAS TRIANGULARES




MÓDULOS DE ASPAS RECTANGULARES




CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DESPLEGABLES

11 1

22 2

2 21 1 1 2

1

2 22 2 1 2

2

lu = N

E Al

u = NE A

P l lv =

E I 3 L

P l lw =

E I 3 L

1

1 1

22 2

1 12 2

1 1 22

22 2

2 1 2

E A0 0 0

l

N uE A0 0 0

lN u =

P 3 L E I v0 0 0

l lP w

3 L E Il l

L Longitud de la barra.

l1, l2 Longitudes de los tramos

1, 2 Funciones de estabilidad

(Cálculo no lineal)

x

y

z

R21N1

R11P2

P1N2-N 1 R22

R12

N2Z'

Y'

X'




Ecuación de compatibilidad

1 x2 x1

2 x3 x2

2 1y2 y1 y3

2 1z2 z1 z3

u = d - d

u = d - d

l lv = d - d - d

l ll l

w = d - d - dl l

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1

22 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2

2 2 2

2

- cos - cos - cos cos cos cos 0 0 0u 0 0 0 - cos - cos - cos cos cos cos u l cos l cos l cos l cos l cos l cos = - - - cos cos cos - - -v L L L L L L

l cow-

1

1

1

2

2

23 2 3 2 3 1 3 1 3 1 3

3 3 3 3

3

3

x

y

z

x

y

zs l cos l cos l cos l cos l cos

- - cos cos cos - - - xL L L L L L

y

z

u1, u2 despl. axial de los tramos (x)

v despl. tranversal y

w despl. tranversal z

x1 d x2 d x3

l l

y1

y2

y3

1 2

d

d

d

v

d




CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DESPLEGABLES

1 11

2 22

11 2 2

1 1 2

22 2 2

2 1 2

E AN = u

l

E AN = u

l

3 L E IP = v

l l

3 L E IP = w

l l

V1z

V2z

V2y

V1y

Momentos flectores

M1

M2

X

Y

Z

Z

Y

X

Ecuación constitutiva

Ecuación de compatibilidad

Ecuación de equilibrio

t

P = K d

d = A d'

P' = A P

t

t t

P = K d P = K A d'

multiplicando a la izquierda por A

A P = A K A d' P' = S d'

P' S

Cálculo de esfuerzos en las barras.




ESTRUCTURAS DESPLEGABLES: PROBLEMAS BÁSICOS

• Cálculo no lineal.

• Incompatibilidades en el proceso de despliegue.

• Procesos de despliegue y plegado.

• Sistemas de cubrición.




CÁLCULO NO LINEAL DE ESTRUCTURAS DESPLEGABLES

Razones de la no linearidad.

Curvatura de la barra: Excentricidad del nudo central.

Fuertes desplazamientos.

FASES DEL CÁLCULO NO LINEAL.

• Cálculo lineal: Funciones de estabilidad = 1.

• Se calculan las funciones de estabilidad de cada barra y se redimensionan.

• Se continúan las iteraciones hasta un error < 0,1%.

• Con la estructura en posición deformada se calculan las fuerzas desequilibradas.

• Se recalcula con las fuerzas desequilibradas hasta la convergencia.




CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DESPLEGABLES.- CÁLCULO NO LINEAL

Ecuaciones diferenciales de los tramos

Definimos los parámetros

2 1 2 1 1 21 1 1 1 2 2 2 2

P·l N - N P·l N - NTramo 1 M = - N ·y + · x ; Tramo 2 M = N ·y + · L - x

L L L L

2 21 2

1 22 2

d y d yTramo 1 E I = M Tramo 2 E I = M

d x d x

1 2 1 2 1 21 2 1 2

1 2

N N N - N N - Np = ; p = ; q = ; q =

E I E I N N

yy

l l

x x1 2

1 2

P

N N1 2

N - N1 2

P.l N -N P.l N -N2 1 2 1 1 2

l l l l- +

21




CÁLCULO NO LINEAL DE ESTRUCTURAS DESPLEGABLES

2 22 21 1 2 2 1 1 1 2 2 21 2

1 21 2 1 1 2 2 1 2

1 1 2 2

2 21 2

L L L L- + + +

p l p l p th p l p th p lP·l ·l =

E l L p pl ·l L - q l + L + q l + q - q

th p l th p l

P·l ·l = siendo v =

v 3 E l LPo

1 2

2 21 1 2 2 1 1 1 2 2 2

1 21 2 1 1 2 2 1 2

1 1 2 2

r tanto

N < 0 y N <0 (Compresión en ambos tramos)

L L L L- + + +

p l p l p th p l p th p l = 3

p pl ·l L - q l + L + q l + q - q

th p l th p l




EFECTO DEL CÁLCULO NO LINEAL DE ESTRUCTURAS DESPLEGABLES




FASES DE DESPLIEGUE DE UNA CÚPULA: INCOMPATIBILIDADES

Cupula plegada

Cupula desplegada




FASES DE DESPLIEGUE DE UNA CÚPULA




BERGISELSTADION INNSBRUCK

P. Valcárcel, Estévez, Freire, Muñoz, Vázquez, A. Pablos. ETSA A Coruña.








PROCESO DE DESPLIEGUE




PROCESO DE DESPLIEGUE




ESTRUCTURAS DE HOBERMAN




CUBRICIÓN TEXTIL

CONCURSO PABELLÓN DE ASTURIAS EXPO’92

P. Valcárcel, Estévez, Freire. ETSA A Coruña.




CONCURSO PABELLÓN DE ASTURIAS EXPO’92




Estructuras desplegables con chapas rígidas





Vidriera “hipercúbica”. Museo Dalí Figueras.





Vidriera “hipercúbica”. Museo Dalí Figueras.












Propuesta de cúpula desplegable




Piscina de San Pablo (Sevilla)

Escrig, Sánchez.








Bibliografía:• Candela, F.; Piñero, E.P.; Calatrava, S.; Escrig, F.; Valcárcel, J.P. “Arquitectura transformable” Arquitectura 1. ETSA Sevilla 1993.

• Ishii, K. “Retractable Roof Structures” WIT (Wessex Institute of Technology) Southampton 2000

• P. Valcárcel, J.; Escrig, F,; Martín, E.; Vázquez, J.A. "Visualization of expandable structures with self-folding roofing plates". "Visualization And Inteligent Design In Engineering And Architecture“ Computational Mechanics Publications. Southampton. 1995. ISBN:1-85312-319-6.

• P. Valcárcel, J.; Escrig, F,. "Recent advances in the analysis of expandable structures". "Mobile And Rapidly Assembled Structures". Computational Mechanics Publications. Southampton. 1996. ISBN:1-85312-398-6.

• Escrig, F.; P. Valcárcel, J. "Cubiertas rígidas transformables” Hormigón y Acero n1 193. 1994. pp 85-104.

• Martín, E..; P. Valcárcel, J. "Foldable systems based on bundle modules with quadrangular base“ International Journal of Space Structures Vol. 19. Nº 3. 2004. pp 155-165.

• P. Valcárcel, J.; Escrig, F.; Vázquez, J.A.; Domínguez, E "Computer Design of Expandable Structures". 5th International Conference on Space Structures. Surrey. 2002. pp 1583-1592.




FINMOVILIDAD DE GRANDES ESTRUCTURAS

movilidad de grandes estructuras - emilio pérez piñero · 1 estructuras para grandes luces....

Documents