rapport de stage espagnol

Período de prácticas
Desarrollo del proyecto
Madrid Arco Solar
- Arquitectura, Construcción, Estructura -
Florine RICHARD
Fechas: Período de prácticas realizado del 28 de abril al 15 de agosto de 2014
Organización de acogida: UPM/ETSAM
Dirección: Avenida de Juan de Herrera, 4, 28040 Madrid, España
Director de prácticas: Josep Maria Adell Argilés
Profesor ECN : Yvon Riou
Índice
Índice
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I - Introducción
5
I – 1 – Contexto: del UPM al grupo de investigación TISE
5
I – 2 – Tema del período de prácticas y la marcha de estudio
6
II – Enfoque concepción 7
II – 1 – El MAS en su entorno urbano
7
II – 2 – Concepto de un arco de nueva geometría
9
II – 3 – Las características del MAS
10
II – 4 – Las patentes e invenciones precedentes del MAS 11
II – 5 – El modulo “dovela” en el MAS 12
II – 6 – La fachada
14
II – 7 – El ascensor autonivelante
16
II – 8 – Los paneles solares y el perímetro luminoso
17
III – Enfoque constructivo
18
III – 1 – La maqueta de madera escala 1:120
18
III – 2 – El módulo “dovela”
19
III – 2 – a – Una estructura metálica prefabricada
19
III – 2 – b – Los cables postensados
20
III – 2 – c – La conexión de dos módulos
22
III – 3 – La fachada
24
III – 3 – a – Un revestimiento de acero inoxidable prefabricado 24
III – 3 – b – La fijación
25
III – 4 – El ascensor autonivelante
27
III – 4 – a – Su funcionamiento interno
27
III – 4 – b – La conexión con el módulo
28
III - 5 - Los paneles solares y el perímetro luminoso
30
III – 5 – a – El sistema de paneles solares móviles
30
III – 5 – b – La luminaria perimetral
31
III – 6 – Transporte del módulo 33
IV – Enfoque estructural
34
IV – 1 – Cálculo del peso 34
IV – 2 – Los cálculos precedentes del conjunto del MAS
36
IV – 3 – Cálculos del módulo
38
IV – 3 – a - Método de cálculo
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3
IV – 3 – b – Los 4 puntos estratégicos de cálculo
39
IV – 4 – La dovela más solicitada: módulo número C
43
IV – 4 – a – Los diferentes casos desarrollados
43
IV – 4 – b – Análisis
46
VI – Conclusión - Balance personal
48
Agradecimientos
50
Bibliografía
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I - Introducción
I – 1 – Contexto: del UPM al grupo de investigación TISE
Efectué el período de prácticas Ingeniero - nombrado STING en francés - de 15 semanas en España,
en la Universidad Politécnica de Madrid - UPM-, universidad pública dirigido por D. Carlos. Reúne
un gran nombre de escuelas técnicas de la capital y está considerada como la mejor de España en el
dominio de la ingeniería.
Este período de prácticas se desarrolló más particularmente dentro de la Escuela Técnica Superior de
Arquitectura de Madrid - ETSAM-, escuela de arquitectura más antigua de España, creada en 1844.
Es dirigida actualmente por D. Luis Maldonado Ramos y se sitúa dentro de la Ciudad Universitaria,
en el norte-oeste de Madrid. Acoge más de 5000 estudiantes y 450 profesores o personales de
investigación que lo hace la primera escuela en nombre de alumnos de la UPM.
ETSAM reúne 7 departamentos de estudio y alrededor de 30 grupos de investigación en relación con
un departamento. Un grupo de investigación es un lugar de desarrollo sobre uno o varios sujetos y se
constituye de profesores, investigadores y doctorantes.
Practiqué mi período de prácticas en el Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónica DCTA - dirigido por D. Alfonso Garcia Santos. Este departamento de estudio presenta varios grupos
de investigación cuyo uno es dirigido por mi director de prácticas, D. Josep María Adell Argilés,
denominado Técnicos Innovadoras y Sostenibles en la Edificación - TISE-. Este grupo presenta cinco
grandes líneas de investigación que son:
- Análisis de riesgos técnicos en sistemas innovadores
- Sistemas industrializados para la edificación
- Comportamiento físico-mecánico de las fábricas y sus materiales
- Técnicas innovadoras en construcción de interiores
- Optimización de unidades constructivas
Participé en este grupo de investigación al desarrollo del proyecto Madrid Arco Solar - MAS -,
dirigido e imaginado por mi director de prácticas.
Figura 1: Logotipos UPM, ETSAM, DCTA y TISE
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I – 2 – Tema del período de prácticas y la marcha de estudio
Mi período de prácticas consistió seguir desarrollando un proyecto importante y original del grupo
de investigación, el Madrid Arco Solar. Este último tiene como objetivo reinsertar en Madrid, capital
de España, una visibilidad internacional, con un símbolo singular, un monumento concebido para
ver la ciudad del cielo. En efecto, Madrid no tiene un punto de vista real sobre toda la ciudad y este
proyecto es la oportunidad de devolver la capital más turística y más atractiva que actualmente.
Este proyecto nació como consecuencia del proyecto " The Black y White House " de Solar
Decathlon de 2009 en Washington. Se desarrolla en un arco doble de más de 300m de altura. Está
previsto una concepción prefabricada según módulos de talla de un contenedor para una mejor
realización y un coste el más bajo posible.
Intervengo entonces en el trabajo de este proyecto sobre el diseño de los módulos prefabricadas, del
aspecto estético al ensamblaje de las piezas, hasta los cálculos de estructura con el fin de evaluar la
sección óptima de cada pieza.
En respuesta a una lectura del sujeto durante las primeras semanas, de lo que ya ha sido hecho y lo
que es deseado más tarde, desarrollé, con la ayuda y la visión critica de mi director de prácticas, un
módulo, una sección repetida al idéntico del Madrid Arco Solar. Este módulo es constituido de una
estructura metálica que protege una escalera y un ascensor, de un otro ascensor autonivelante
exterior a un lado, de un conjunto paneles solares móviles - perímetro luminoso al otro lado y por fin
de una fachada que une todo armoniosamente. También, mi trabajo consistió en encontrar una
posibilidad de ensamblaje entre dos módulos.
Pues, el período de prácticas se dividió en tres grandes partes estrechamente atadas :
- una parte de concepción del módulo, a la que trabajé en colaboración con mi director de
prácticas con el fin de satisfacer la primera idea del proyecto
- una parte constructiva, sobre el ensamblaje de las piezas entre ellas y la elección del principio
constructivo sobre ciertas problemáticas técnicas donde también mi director de de prácticas supo
ayudarme con sus conocimientos
- una parte estructural, más autónomo en respuesta a los consejos de David Mencias sobre el
software utilizado
Se puede añadir por fin un trabajo de comunicación del proyecto donde trabajé con los alumnos de
una opción dirigida por mi director de prácticas, que consistió al estudio de los arcos y en particular
a el del MAS. Entonces realizamos juntos una maqueta de madera a la escala 1:120. Además
participamos, con algunos de ellos, a un concurso sobre un aspecto técnico del MAS así como
diseñamos documentos técnicos y gráficos del proyecto para alimentar la página internet dedicada a
los alumnos del MAS: http: // madridarcosolar.wordpress.com / m-a-s/.
Así trabajé durante este período de prácticas en equipo pero también sola, sobre muchos aspectos
diversos de las profesiones del ingeniero y del arquitecto.
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II – Enfoque concepción II – 1 – El MAS en su entorno urbano
Al principio, Madrid es una ciudad musulmana situada por todos lados del río Manzanares que hoy
está al oeste de la capital. Luego, creció hacia la dirección del amanecer, el este. Después, a lo largo
de los años y civilizaciones, se rodeó de murallas sucesivas como es posible de verlas todavía
actualmente por las diferentes puertas de la ciudad: la Puerta de la Almudena, la Puerta de
Guadalajara, la Puerta del Sol - hoy la plaza central - y por fin, la Puerta de Alcalá en consecuencia
del reinado de Charles III.
Esta sucesión de puertas representa en plano una línea recta, nombrada la « Diagonal del Sol » . En
efecto, los puntos de sus extremidades constituyen el amanecer del solsticio de verano por el del
este, y el atardecer del solsticio de invierno por el punto más al oeste. Vemos aquí la influencia del
sol en la construcción de Madrid. Alargar esta línea a toda la ciudad hacia el oeste, es la idea del
proyecto MAS que tiene por objeto revelar esta relación tan próxima antes entre el sol y la ciudad.
Sin embargo, la conexión deseada entre el río y las antiguas puertas es difícil porque exista un gran
desnivelado de 45m en la ciudad. Este impide de apreciar realmente el desarrollo urbano de la
capital a lo largo de los siglos. La propuesta de construir el MAS cerca del río, al lado del puente de
Segovia, permite de por su gran altura y su punto alto, de revelar esta conexión pero también una
nueva fachada de la ciudad, la vista desde el cielo. Esta última revela entonces la historia de Madrid.
Este monumento se vuelve entonces el edificio más alto de la capital española. Con el fin de darse
cuenta, podemos considerar que su altura acerca esta de la Tour Eiffel en París. Entonces cómo el
usuario puede referirse a eso, si pequeño frente a este acontecimiento urbano ? Pues, es reflejado por
estudiantes de la ETSAM una conexión peatonal entre la ciudad en altura y el MAS con el fin de
integrar los paseantes al símbolo, de hacerlos visitarlo, explorarlo. Esta conexión se hace por arriba
de un centro comercial previsto en la parte a baja del MAS, que participa en su integración al barrio
con la alineación de su altura con los edificios vecinos. El usuario puede también visitarlo por un
ascensor exterior que le permite un descubrimiento a 180° de la ciudad de Madrid.
Lo que esta en juego por un proyecto de tan grandeza es la aceptación por los usuarios, los
paseantes y los habitantes para que se lo identifican y que lo transforman en un real símbolo de la
ciudad y del país.
Figura 2: La « Diagonal del sol »
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Figura 3: Foto de la maqueta
urbana alrededor del MAS
Figura 4: Foto del sitio con leyenda
Figura 5: Comparación MAS con
otros monumentos mundiales
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II – 2 – Concepto de un arco de nueva geometría
Después de haber trabajado durante su tesis sobre la
arquitectura de ladrillos y por partida en la técnica del arco,
mi director de prácticas estudió la complejidad de construir
un arco que no sería totalmente en el mismo plano vertical.
Un nuevo concepto entonces nació: el arco parabólico con
una doble curvatura.
Este nuevo arco se inspira de los muebles de " The Black y
White House " que se desarrollan a partir de una chapa de
acero inoxidable en forma de elipse que se alabea, se deforma
con el objetivo de obtener una curvatura doble que aporta
una fuerza extrema a la chapa. El nuevo arco alabeado
corresponde aproximadamente a la mitad de la elipse sea una
parábola.
A fin de que comprender este nuevo principio, se puede coger
el ejemplo de una hoja de papel para ilustrarlo. Hay que
coger la hoja a dos extremidades de un pequeño lado, y
curvarla, darla una fuerza: entonces, la hoja va obtener una
gran rigidez y si se mira bien, se puede dibujar una linea
sobre esta hoja curvada a partir de ambas extremidades y
hasta el centro del otro pequeño lado. La forma obtenida es
una parábola como la foto junta lo muestra.
A la escala del MAS, este arco puede existir sólo a partir de
un proceso particular: el pretensado. En efecto, es necesario
utilizar cables de acero para pretensar un bloque de varios
módulos con el fin de reforzar la rigidez del conjunto. Los
cables de acero que son muy finos en comparación con la
talla total del módulo y ya que son bastante maleables, los
módulos pueden así ser desplazados y girados entre sí para
obtener la forma deseada del arco parabólico.
Figura 6: Silla Madrid
Figura 7: Arco parabólico
El resultado es sorprendente: el arco parece de un gran
esbeltez con sus dimensiones; en efecto, su altura frente a su
anchura asombra y parece increíble. Pero los cálculos de
estructura demuestran lo contrario: el pretensado de los cables
de acero aporta una factibilidad que nunca pudo lograrse
previamente en construcciones tradicionales.
Figura 8: Ejemplo de la hoja de papel
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II – 3 – Las características del MAS
Madrid Arco Solar es un doble arco
alabeado y parabólico según el concepto
enunciado anteriormente. En efecto, está
compuesto no por uno sino por dos arcos
con el fin de sostener en sus cumbres un
gran elemento a la forma de una espiral.
Sin embargo, ambos arcos no son
unidos, pues funcionan sólos desde el
punto de vista de sus fuerzas y cargas. El
MAS tiene una superficie requerida de
100 m por 70 m, lo que parece poco a
lado de los 300 m de altura. Esto es
posible por su forma particular y su
principio constructivo innovador. Es decir
que para un arco solo, sus dos
extremidades con su punto alto son
distantes de más de 35 m en anchura, lo
que es extraordinario cuando se sabe que
hace pocos años todavía, un arco podía
ser construido solamente en el mismo
plano.
Hacia la ciudad de Madrid, entonces al
este, pero al contrario también, al oeste,
es posible de ver la parábola del arco
mientras que si se sitúa al nivel del río,
en el transversal del monumento, su
pequeño lado, aparece una sección
triangular del edificio.
Figura 9: Foto del MAS en su sitio, vista desde el río hacia la ciudad
A propósito de su programa, el MAS protege actividades diversas para hacerlo la más turística
posible.
Entonces, se encuentra en su cumbre una esfera dividida en 5 pisos que reagrupan el primer nivel
como el lugar de acceso al edificio, un espacio en doble altura para aprovechar plenamente de la
vista, y un restaurante panorámico de lujo en su nivel superior.
Al pie del MAS, hay en 9 niveles un centro comercial y cultural nombrado " Mirador del Río ",
haciendo una conexión con los edificados del barrio y el centro de la ciudad más alto.
Al centro del símbolo, a lo largo de los ambos arcos parabólicos, empezando a los 4 puntos de
origen en contacto con suelo, módulos de 3m de altura se constituyen con al interior, un ascensor y
una escalera de seguridad que permite un trayecto en toda la estructura. A lo largo de ésta, lado
interior, también se encuentra ascensores autonivelantes, que son cabinas rondas sobre el principio
de una noria. Desde el sótano, están muy abiertos hacia el exterior con el fin de aprovechar de
nuevo de la vista que ofrece este trayecto a lo largo del MAS. Por el otro lado, en la parte exterior,
están puestos paneles solares para valorizar enérgicamente el edificio y una luz continúa para hacer
resaltar la geometría del MAS por la noche, revelando una vez más su función de símbolo de
Madrid.
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II – 4 – Las patentes e invenciones precedentes del MAS
En el grupo de investigación del TISE, 5 patentes de invención ya se han presentado para el proyecto
del MAS desde los años 2010.
La patente n°1 concierne a la forma del arco alabeado parabólico. En efecto, como lo indiqué antes,
este concepto es nuevo y descubierto en la investigación de esta escuela. La patente se concedió
para la originalidad de la forma. El arco está dividido en módulos prefabricados con el fin de hacer
bajar los costes. Se revela también el principio constructivo que permite al arco de tener
estructuralmente, es decir los tensores, los cables pretensados.
La patente n°2 presenta el principio de los ascensores autonivelantes, situados fuera del módulo, al
lado interior del arco. Estos ascensores tienen la particularidad de ser de forma esférica y tienen una
capacidad aproximada de 20 personas. La idea es, para cualquier forma que los ascensores siguen,
aquí un arco parabólico, el mantenimiento al vertical de los pasajeros siempre será posible.
La patente n°3 es muy próxima de la patente n°2 y expone el principio de la noria en el arco,
relativo a los ascensores esféricos. Su especificidad es que esta noria no tiene un anillo central. La
patente resuelve el trayecto equilibrado de subida y de bajada de los ascensores autonivelantes con
un enlace de estos últimos, dos a dos diagonalmente opuestos, de por los cables a lo largo del arco
que proporcionan una estabilidad energética. A causa de una forma particular, es necesario unir los
ascensores solamente dos a dos y no todos juntos como existe habitualmente.
La patente n°4 describe el edificio esférico en la cumbre del MAS. La particularidad aquí de esta
invención es la forma del edificio y su enlace con los arcos a ambos lados, en parte inferior de la
esfera. La tecnicidad del enlace permite valorizar este edificado que aparece en suspensión, en los
aires.
La patente n°5 es el último en fecha y explica el seguidor solar elíptico que permite observar el sol
del edificio esférico.
Todas estas patentes dan prueba que el MAS es un proyecto ambicioso e innovador, principalmente
por su sistema constructivo pretensado adaptado a la talla de los módulos.
Figura 10: Las diferentes patentes / El arco alabeado, El ascensor autonivelante, La
noria en arco sin anillo central, El edificio esférico, El seguidor solar elíptico
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II – 5 – El modulo “dovela” en el MAS
El MAS es descompuesto en numerosos módulos prefabricados de dimensión estándar de un
contenedor, es decir un paralelepípedo de 2,5x3x12m en el fin que pueda ser transportado
fácilmente por camión hasta el sitio de implantación del edificio. La construcción metálica es
privilegiada aquí por una obra de tal amplitud, de por su facilidad de realización en fábrica y su
ligereza en comparación al hormigón, que aporta a la obra completa una esbeltez y una virtuosidad
indiscutible. En la tercera parte de este informe, esta forma paralelepipédica va a evolucionar en una
forma un poco diferente para una mejor resistencia estructural.
Para crear el arco alabeado parabólico del MAS, el principio está dividido en dos etapas: desplazar
cada módulo con relación al precedente de alguna distancia a partir de su centro en plano luego de
pivotarle de un ángulo particular, y así sucesivamente para todos los módulos.
En nuestro caso, el desplazamiento es calculado según un algoritmo que trae cada módulo a tener
una distancia diferente de desplazamiento. A propósito de la rotación, el principio es más simple. Se
desea en efecto hacer pivotar la primera y la última pieza paralelepipédica de exactamente 90°
como lo muestra la figura siguiente. Sabiendo que cada módulo tiene una altura de 3m y que el MAS
hace 300 m, cada semi-arco debe entonces contener 100 piezas, la última es la misma por los dos
semi-arcos. Se Obtiene entonces un ángulo de rotación entre dos módulos de 0,9 grado.
Hace dos años, estudiantes de la ETSAM hicieron una primera prueba, y construyeron una maqueta
del MAS a la escala 1:30 con bloques Ytong 100 % naturales y varillas metálicas empernadas que
hacen efecto en compresión en los bloques. El edificio construido hecho 9 m de altura y repite muy
bien la idea constructiva del MAS. Permitió una primera experimentación del sistema constructivo
escogido.
Figura 11: Principio de disposición de los módulos
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Figura 12: Fotos y esquema constructivo de la maqueta
Cada módulo acoge dentro de su estructura metálica una escalera en el centro y un ascensor a la
izquierda. La escalera se ha estudiado para que después del desplazamiento y de la rotación del
módulo siguiente, la unión entre ambas escaleras puedan ser posibles. Así, se ha preferido una
escalera a dos tramos con un rellano recto más bien que una escalera a un tramo solo. Esta elección
se ha hecho con el fin de que la unión con la escalera siguiente se haga el más en el centro del
módulo, allí dónde la superficie de conexión entre ambos módulos es la más grande. La parte
derecha del módulo es reservada al acceso del ascensor autonivelante. A la izquierda del módulo,
los paneles solares y el perímetro luminoso forman una entidad unida al módulo. A estos cuatro
ángulos, se encuentran los cuatro cables metálicos postensados sin los que la estructura en módulos
no tendría. Por fin, el módulo es recubierto de una fachada de acero perforado.
Las escaleras y los ascensores en el MAS son creados y acondicionados con la idea de un verdadero
vagabundeo posible del usuario, de maneras diversas, con el fin de explorar el edificio de varias
facetas. Los llenos y los vacíos de los materiales que constituyen el módulo y sus equipos anexos
traen nuevas visiones de la ciudad de Madrid, a veces con una vista precisa, y otras veces con una
vista panorámica en altura.
Figura 13: Sección esquemática de las funciones y los usos en el módulo
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II – 6 – La fachada
La fachada del MAS es construida de acero inoxidable, material muy reflejante a la luz del sol. Este
material es escogido efectivamente para aportar una visibilidad del símbolo en la ciudad de Madrid,
pero también porque es el principio del Madrid Arco Solar, como su nombre lo indica, de estar en
relación con el sol. Esta materia permite juegos de sombras y luces sobre la obra que cambian según
el tiempo que hace. Se distinguió en el momento de su diseño tres grandes efectos percibidos
posibles:
-
durante un día soleado, el acero desempeña su papel perfectamente reflejando la luz. El MAS es
visible desde muy lejos con su brillo.
-
durante un día nublado, el acero inoxidable es más mate, más liso y revela la perforación no
visible cuando deslumbra. Entonces, el MAS es menos luminoso a lo lejos pero deja más entrever
sus detalles constructivos en las cercanías. Queda siempre visible del centro de la capital debido a
su tamaño y se mezcla a la silueta urbana, a las nubes, al horizonte.
-
durante la noche, el material desaparece y deja lugar solamente a las líneas luminosas amarillas
presentes entre las chapas de acero así como el perímetro luminoso rojo. Entonces, el MAS está
iluminado de líneas largas que lo recorre totalmente y revela toda la finura de su forma.
La fachada es dividida en chapas de acero que siguen la estructura metálica, es decir que son en
forma de paralelogramo. El tamaño de estas chapas es cerca de 3m en altura por 1,55m en anchura.
Son separadas verticalmente por líneas luminosas enunciadas anteriormente que ocultan la junción
constructiva. Los paneles solares y el perímetro luminoso siguen también la misma forma para una
mejor integración y para crear una verdadera entidad. La forma general es entonces flexible y
ondulada. El acero es también adoptado con objeto de una aportación contemporánea en la ciudad
que se considera joven, dinámica y atractiva.
Al final, la fachada es perforada por un mosaico muy fino compuesto de pequeños paralelogramos
que repiten la forma de las chapas de acero. Este mosaico permite, por una parte, un acabado ligero
y sutil de la fachada. La talla muy pequeña de estos elementos no destructura la fachada, al
contrario, la hace más dulce y más singular. Por otra parte, este mosaico no es una cuestión simple
de estetismo, pero participa en la difusión del aire en la estructura y permite una visión parcial de la
ciudad cuando los usuarios deambulan en el MAS. Pues, hay siempre esta relación entre el MAS y la
ciudad, el interior y el exterior, el abierto y el cerrado, que rinden la obra original pero aceptada,
vinculada a su entorno que es la capital de Madrid.
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Figura 14: Fotomontaje de la fachada durante un día soleado
Figura 15: Fotomontaje de la fachada durante un día nublado
Figura 16: Fotomontaje de la fachada durante la noche
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II – 7 – El ascensor autonivelante
El principio del ascensor denominado autonivelante es que circula según cualquier orientaciones y
ángulos quedándose en posición vertical por los usuarios. Requiere solamente de seguir a un guía
constituido por dos rieles que pueden ser verticales, horizontales, o bien inclinados. Con dos
estudiantes de ETSAM, hemos participado en un concurso propuesto por Schindler, con este
principio de sistema autonivelante circulando sobre todas las superficies posibles, como lo ilustra el
primer esquema aquí.
Adaptado al MAS, este ascensor se compone de una esfera de vidrio y de una estructura metálica
con el fin de que los usuarios que lo utilicen puedan aprovechar como máximo de la vista que
ofrece el MAS sobre la ciudad de Madrid. Es un de los elementos importantes del MAS para
desarrollar su atractivo turístico. Se va de una plataforma en sótano donde hay la acogida de los
usuarios, luego sigue el MAS para llegar al nivel del edificio esférico para dejar las personas y se va
de nuevo, al otro lado del arco hacia la plataforma, formando así un círculo. Es también posible
hacer subir y descender a personas al nivel de cada módulo que constituye el MAS.
Dos puertas de acceso son concebidas para acceder a este ascensor, situadas cara a cara, con el fin
de poder, al nivel del edificio esférico, en lo alto del MAS por ejemplo, crear una mejor fluidez de
los flujos de personas. La idea es gestionar ambos accesos por una entrada y una salida. En función
también de donde se encuentra el ascensor en el MAS, del lado derecho o izquierdo del arco, el
acceso se hace por una puerta diferente.
Dentro de la esfera de 5m de diámetro, dos pisos son disponibles para los usuarios. El primero, con
el acceso al mismo nivel, puede recibir hasta 14 personas sentadas y es adaptado a las personas a
sillas de ruedas. El segundo piso, donde se accede con una escalera que puede ser desplazada y ser
ordenada fácilmente según el acceso de las personas, es más bien reservado para los niños, porque
ofrece menos espacio a los usuarios. Su capacidad es de 10 asientos.
Figura 17: Esquema conceptual de un ascensor autonivelante en la ciudad
Figura 18: Sección esquemática
de las funciones y los usos en el
ascensor autonivelante
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II – 8 – Los paneles solares y el perímetro luminoso
Los paneles solares y el perímetro luminoso forman una entidad unida al módulo, del lado exterior
del arco. Esta entidad es de forma triangular, dos lados que poseen los paneles solares, el último
fijado a la estructura metálica del módulo. Comprende dos funciones distintas, una que funciona el
día, la otra la noche.
El primer elemento es constituida por paneles solares, rectangulares y de talla fijada 2,25m por
1,52m. Tienen como objetivo captar verticalmente el sol al máximo con el fin de hacer funcionar
una gran parte del MAS con la energía producida, por ejemplo los neones luminosos durante la
noche. Estos paneles tienen una particularidad ya utilizada por el grupo de investigación TISE en el
momento del concurso Solar Decathlon, en " The Black y White House ". En efecto, son móviles ángulo de 120 ° máximo desde la disposición de origen dicha de "noche" - según el sol y tienen una
mejor rentabilidad de producción energética en comparación con los paneles estándares, puestos en
una estructura. Por ejemplo, la figura siguiente presenta la movilidad de los paneles solares según la
hora del día por un módulo particular, aquí con fachadas laterales orientadas este-oeste. Los paneles
fijos en un lado solamente, se ajustan lo mejor posible para producir el más energía posible. A cada
módulo es asociado 8 paneles solares, 4 por cada lado.
El segundo elemento, utilizado en cuanto a él la noche se nombra el perímetro luminoso. Es en
realidad un gran tubo constituido por un neón que ilumina el arco todo la noche, además de las
pequeñas líneas luminosas, mucho más finas y presentes entre las chapas de la fachada. Este tubo
aporta la mayor parte de su visibilidad durante la noche y dibuja majestuosamente su forma curva.
Este perímetro luminoso se encuentra a la extremidad del conjunto triangular, al nivel de la junción
con los paneles solares.
Pues, Este conjunto está en funcionamiento el día y la noche, y enérgicamente autosuficiente: la
energía necesaria por el neón la noche es fabricada el día por los paneles solares.
Figura 19: Planos esquemáticos del
funcionamiento de los paneles
solares según el sol
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III – Enfoque constructivo
III – 1 – La maqueta de madera escala 1:120
En las primeras semanas de mi periodo de prácticas, tuve la oportunidad, con los estudiantes de la
ETSAM que participaban en la opción dirigida por mi director de prácticas, de hacer la construcción
de la maqueta del MAS a una escala más pequeña que la precedente, 1:120. La maqueta alcanza
2,5m de altura, puede ser desplazada fácilmente y su escala es más adaptada para analizarla con el
fin de ver lo que funcionaría o no para el proyecto final.
Los módulos son reemplazados aquí por elementos rectangulares de madera de dimensiones
3x2,5x10cm, la sección de 3x2,5cm es una sección estandardizada por listones de madera existentes
en el comercio. La técnica constructiva consistió en enhebrar las piezas de madera perforadas
alrededor de una agujero metálico de un metro de longitud aproximadamente, teniendo un
desplazamiento y una rotación entre cada sección de madera. Cuatro agujeros que materializan los
cuatro pilares de la estructura han sido empotrados anteriormente en un zócalo de madera. Cuando
se llega al cabo del agujero, este último es atornillado y apretado al última pieza con una arandela y
una tuerca. Pues, las secciones de madera son postensadas. Para una mejor fijación, los puntos de
cola por madera son añadidos entre las piezas. Una bola de poliestireno es añadida al final, arriba de
la estructura que simboliza el edificio esférico.
Construir esta maqueta al principio de mi período de prácticas permití un primer enfoque del
aspecto constructivo del proyecto y de las problemáticas que esto implica.
Un problema se puso pero es cuestión sólo de escala y pues riesgo de no intervenir en el momento
de la construcción del proyecto a la escala 1. En efecto, el ángulo de 0,9° sobre piezas de madera
muy pequeñas era difícil de no sobrepasar. Así, la rotación hasta 90° fue más rápida y la maqueta
tuvo que ser suspendida antes de los 2,5m de altura.
De un otro lado, el funcionamiento postensado pareció bien funcionar, la estructura no vacila y
aparece sólido. Sin embargo, este sistema es un poco diferente de la realidad porque aquí, el cable
ha sido puesto en medio de la pieza mientras que por el MAS de tamaño real, sea 4 cables a los 4
ángulos de la estructura que harán el sistema postensado sobre el conjunto. El hecho no estén en
medio puede posiblemente debilitar un poco el principio, a pesar de que 4 cables son más
resistentes que un único normalmente. Pero también, si los cables no siguen exactamente la misma
curva, la construcción corre peligro de complicarse y una deformación es posible. La forma de la
maqueta 1:120 ha sido bastante respetada a pesar de algunos defectos en las piezas de madera.
Al final, este enfoque constructivo permitió poner los principios deseados por el proyecto a escala
real y suscitar las complicaciones posibles que vienen.
Figura 20: Fotos del proceso de construcción de la maqueta de madera
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III – 2 – El módulo “dovela”
III – 2 – a – Una estructura metálica prefabricada
El módulo es construido según una trama de tres metros, repetida cuatro veces para obtener la
longitud final deseada. Es constituido por perfiles de acero rectangulares y cuadrados de diferentes
secciones. Estas últimas evolucionaron mucho durante esta práctica, según las necesidades
estructurales establecidas por los cálculos presentados en parte III de este informe. En las fachadas
longitudinales, perfiles metálicos cruzados son añadidos dentro de la trama de tres metros con el fin
de mejorar la estabilidad y el arriostramiento del módulo.
Todas las piezas son inclinadas según un ángulo de 79°. Es establecido con el fin de conectar lo
mejor posible los perfiles metálicos verticales entre el módulo 1 y 2, al pie del MAS. En efecto, entre
estos dos módulos, un desplazamiento de 60 cm es fijado y es del último que el ángulo es inducido.
Este ángulo es tomado como referencia por todo el resto del estudio. Esta inclinación permite una
mejor cohesión de los módulos, también sigue los cables lo que aporta una mejor estabilidad y
tecnicidad al conjunto.
Una escalera metálica ligera así como un rellano de semi-piso se añaden a la estructura. Pues, dos
perfiles horizontales laterales no pueden ser puestos a causa del paso de los usuarios. Para remediar
esta falta, dos perfiles son reunidos a cada extremidad del rellano y estabilizan todo el conjunto.
Todas las piezas son soldadas entre ellas en fábrica con el fin de tener sólo a vincular los módulos
entre ellos al sitio de implantación. Esta técnica de prefabricación tiene también la ventaja de ser
más rápida que una reunión sobre en el sitio y genera con mayor frecuencia menos errores.
Figura 21: Sección longitudinal con los diferentes perfiles metálicos del módulo
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Figura 22: Plano con los diferentes perfiles metálicos del módulo
III – 2 – b – Los cables postensados
Cuatro cables situados en las cuatro extremidades del módulo participan en la tecnicidad de la
forma del MAS imposible habitualmente, debido a la tensión que ejercen sobre los módulos. En
efecto, a cada ángulo del módulo, un conjunto de cables metálicos que funciona como un solo y
único cable de 30 cm de diámetro une una decena de módulos, y ejerce una gran presión con el fin
de mejorar la estabilidad de ensamblaje.
El cable metálico es nombrado postensado. A menudo se escucha hablar de este término o bien del
pretensado como técnica constructiva de los edificios en hormigón. En efecto, el principio es que un
cable metálico tensado en medio del hormigón le aporta, después de secado, una compresión. Aquí,
es la misma idea. El cable metálico que pasa dentro de módulos va a trasladarle, después de la
colocación de las tuercas, una compresión al conjunto. El acero tiene una buena resistencia en
tracción como en compresión, pues es todo natural reencontrarlo en esta estructura extraordinaria.
Es también más dúctil que el hormigón, y pues puede participar a obtener la forma deseada por el
MAS.
Dos perfiles metálicos en forma de U de 40x20cm soldados al módulo encuadran el cable con el fin
de unirlo al módulo pero también de protegerlo del tiempo.
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Figura 23: Sección longitudinal que sitúa los cables postensados a las extremidades del módulo
Figura 24: Plano que sitúa los cables postensados a las extremidades del módulo
Figura 25: Detalle en plano de
los cables postensados
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III – 2 – c – La conexión de dos módulos
La unión de los módulos, dos a dos, se efectúa por dos piezas, una a cada fachada longitudinal, que
son específicas al desplazamiento y la rotación de un módulo respecto al otro. En efecto, la idea es
crear una cara triangular que comprende la más grande superficie libre posible del módulo en
subcara reunida a una cara rectangular fijada al módulo en superficie con el fin de tener una mejor
cohesión del conjunto. La segunda pieza sobre la otra fachada es la misma, girada a 180°.
La pieza es constada por 4 platos de acero de longitud variable. Es perforada y empernada a una
pieza de ángulo recto, ella también perforada, de dimensiones 10x5cm, presenta en cada módulo, y
soldada a los perfiles metálicos horizontales.
Por fin, refuerzos vienen para hacer un arriostramiento a la pieza de unión sobre toda su longitud.
Figura 26: Plano esquemático del posicionamiento de un módulo con relación a su precedente
Figura 27: Sección longitudinal de dos módulos con la pieza de unión
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Figura 28: Sección transversal de dos
módulos con la pieza de unión
Figura 29: Detalle en
sección de una pieza
de unión
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III – 3 – La fachada
III – 3 – a – Un revestimiento de acero inoxidable prefabricado
La fachada del módulo es concebida de acero inoxidable, material muy apreciado por su resistencia
al óxido después del añadido de cromo en el acero que le confiere una protección. Pues es muy
utilizado en material de cubierta de un edificio como aquí. Este material también es elegido por el
MAS por su maleabilidad. En efecto, el revestimiento del MAS, debido a la diferencia de los módulos
entre ellos, no es recto. Es curvado, ondulado, informal. El acero inoxidable permite crear todo tipo
de superficie posible como la del MAS.
Esta fachada oculta totalmente el módulo y se alinea a los paneles solares para aparecer como un
conjunto. Esta es dividida en chapas del mismo tamaño, 1.55x3m. Estas últimas son perforadas por
pequeños agujeros de 10cm de lado, según la forma de la chapa entera y que permiten la aportación
de luminosidad en el módulo. Estos agujeros muy minuciosos serán efectuadas al laser. Debido al
material y al espesor muy fino de las chapas, estas últimas se reúnen entre ellas horizontalmente por
encaje muy fácilmente.
Figura 30: Plano con los elementos de fachada que rodean el módulo
Figura 31: Detalle en sección del ensamblaje de dos
chapas perforadas que componen la fachada
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III – 3 – b – La fijación
Estas chapas de acero inoxidable son mantenidas por una estructura diferente de la del módulo. En
efecto, entre este último y el revestimiento, un espacio es dejado por perfiles en forma de U a lo
largo de la fachada lateral y en L a las extremidades. Estos perfiles sostienen el revestimiento con el
mismo principio de reunión que las chapas inoxidables entre ellas, es decir por encaje.
Los perfiles también son reunidos por encaje de una pieza llana en forma de U del perfil superior
alrededor de un tornillo del perfil inferior como es posible de verle en el detalle juntado a la página
siguiente. Estos perfiles pueden ser soldados al módulo para componer un conjunto sólido.
En el centro de los perfiles en U, con el fin de esconder los detalles constructivos y de aportar un
poco de estetismo, neones amarillos son instalados para iluminar el MAS por la noche, además del
perímetro luminoso.
Figura 32: Detalle en plano del ensamblaje de los perfiles de estructura de la fachada con las chapas
Figura 33: Detalle en fachada del ensamblaje de los perfiles de estructura de la fachada con las chapas
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Figura 34: Sección transversal que sitúa los elementos de fachada
Figura 35: Detalle en sección del ensamblaje de los elementos de fachada entre ellos y con el módulo
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III – 4 – El ascensor autonivelante
III – 4 – a – Su funcionamiento interno
El ascensor autonivelante es una esfera de 5m de diámetro. Es completamente compuesta de cristal y
mantenida por una malla estructural metálica arqueada, compuesta de perfiles rectangulares 5x10cm
principalmente, a la horizontal como a la vertical. El acceso puede hacerse por medio de dos puertas
también de cristal, situadas al contrario una del otra. En el momento de la apertura, la puerta se
escinde en dos partes iguales que deslizan por detrás de la estructura fija.
Acoge dos niveles y 24 asientos. Con el fin de subir al piso, una escalera permite la ascensión. Es
enganchado y corredizo con la barandilla del piso, puede girar y estar dispuesto en el lugar deseado,
frente a una de ambas puertas de acceso por ejemplo con el fin de facilitar los flujos. Se puede abatir
toda la escalera en altura y desplegarlo solamente en caso de necesidad, entonces cuando hay más
de 14 personas en el ascensor.
Dos plataformas, una por cada lado, son incluidas a bajo del suelo de la esfera y salen cuando la
puerta de acceso es abierta. Permiten un acceso a toda persona.
Figura 36: Planos RDC del ascensor autonivelante, puertas de acceso cerradas y abiertas
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Figura 37: Fachada del ascensor autonivelante
III – 4 – b – La conexión con el módulo
Un sistema tecnológico innovador es escogido aquí para que el ascensor se quede siempre a la
vertical a pesar de su trayectoria curva a lo largo del MAS. Es compuesto por dos rieles metálicos en
U de dimensiones 20x30cm, que siguen cualquiera superficie, donde desliza en cada uno de ellos
un guía. Este último es soldado a los brazos del ascensor que son relacionados con la esfera
transparente con la ayuda de una rótula. Así ésta última hace girar la esfera sobre si misma para que
se mantiene siempre en la vertical a pesar de una posición cambiante de los brazos.
Los rieles presentados antes son fijados en sitio al módulo al nivel de las piezas de protección del los
cables postensados. Así, la anchura dejada al acceso de los usuarios al ascensor es muy aceptable.
Su fijación permite también y siempre una mejor estabilidad y una cohesión de ambos objetos.
Este principio es un poco revolucionario y permite una gran libertad en el diseño de proyectos
atípicos como el del MAS a pesar de una fabricación costada debido a la singularidad del concepto.
Con el fin de conectar el ascensor autonivelante al módulo, una plataforma a cada entidad es creada
el hecho de que la longitud necesaria al total es demasiado importante para almacenar la pieza
solamente en parte inferior del ascensor. Así, una segunda plataforma fija es colocada en la
extremidad derecha del módulo.
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Figura 38: Plano que presenta los elementos de reunión ascensor autonivelante / módulo
Figura 39 : Fachada que presenta los elementos de reunión ascensor autonivelante / módulo
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III - 5 - Los paneles solares y el perímetro luminoso
III – 5 – a – El sistema de paneles solares móviles
Los paneles solares móviles funcionan en relación con la orientación del sol. En lo que respecta a el
constructivo y el tecnológico, captadores determinan el ángulo necesario para una mejor
rentabilidad de los paneles y activan el funcionamiento del brazo telescópico que se despliega. A
medida que el día pasa, este brazo ajusta la posición óptima de los paneles solares.
Estos últimos son acoplados y funcionan dos a dos. Hacen cada uno 1.50x2.25m y presentan un
bastidor vertical y horizontal para sostener la película fotovoltaica. Su movilidad es creada no
solamente por el brazo telescópico totalmente retractable - en el dibujo siguiente se ve un brazo
dividido en tres, lo que no es exacto sino sirve de ilustración simplificada - pero también por dos
piezas unidas al pareja de paneles móviles, una arriba y una abajo, en rotación respecto a un perfil
redondo estructural situado a la extremidad izquierda del conjunto. Pues, estas piezas permiten
obtener el ángulo deseado, el brazo es solamente necesario para mantener la verticalidad de los
paneles.
Por fin, todo es unido a perfiles cuadrados de 15cm de lado que son soldados a las piezas de
protección de los cables.
Figura 40: Plano que presenta los elementos que constituyen la tecnología de los paneles solares móviles
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Figura 41: Fachada que presenta los elementos que constituyen la tecnología de los paneles solares móviles
III – 5 – b – La luminaria perimetral
La luminaria perimetral tiene por necesidad de dar una visibilidad muy importante al MAS por la
noche. Por eso, un neón rojo - o varios - de 14cm de diámetro es instalado alrededor del perfil
redondo. Un segundo tubo circular de 60cm de diámetro es puesto por encima con el fin de proteger
el neón. Permite también exagerar el neón con una propagación luminosa en el secundario tubo.
Incluso también el día, en efecto el tamaño del gran tubo redondo capta el ojo del usuario y le
descubre toda su importancia y su brillo hacia la ciudad de Madrid.
Sin embargo, por el hecho de que los paneles solares vienen igualmente agarrarse al perfil metálico
estructural en extremidad, el neón rojo y su tubo de protección son cortados en sección de 290cm.
El espacio vacío de 10cm frente a la longitud de los tubos no molesta realmente a la idea de una luz
roja continuamente, iluminando todo el arco.
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Figura 42: Detalle en plano que presenta los elementos del perímetro luminoso
Figura 43: Detalle en fachada que presenta los elementos del perímetro luminoso
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III – 6 – Transporte del módulo
En el momento de la concepción del módulo, se opta inmediatamente por una construcción
metálica prefabricada en fábrica y ensamblada en el sitio de implantación debido a la altura del
edificio. Pues, la cuestión del transporte plantea desde las primicias del proyecto. Dos problemáticas
tienen que tener en cuenta sobre este sujeto:
¿ Las dimensiones de la carga implican disposiciones particulares o no por el transporte?
¿ El peso de la carga es soportable por el camión de transporte?
Las dimensiones del módulo han sido determinadas al principio simplemente por dimensiones
estándares de contenedores. En efecto, un contenedor hace 12m de longitud por 2,5m de anchura y
3m de altura, lo que corresponde más o menos a las dimensiones máximas de una carga estándar de
camión.
Pero después, cuando se dibujó la escalera con arreglo a las junciones de los módulos, estas
dimensiones se revelaron muy apremiantes. Pues se decidió aumentar principalmente la anchura del
módulo pasando de 2,5m a 3m por más posibilidades.
También se tuvo aumenta la anchura de 12m a 12,30m para tener cuatro partes equivalentes con
piezas idénticas, lo que facilita y mejora la rapidez de la fabricación.
El módulo también cambió de forma inclinándolo un poco para una mejor resistencia, pues la
longitud máxima es pasada a 12,90m.
Por fin, se añadió en la prefabricación y el ensamblaje, las piezas metálicas unidas y que encuadran
los cables postensados. En efecto, en consecuencia de los cálculos de estructura, se observa que esto
le aporta una mejor estabilidad al conjunto si estas piezas son soldadas y no juntadas de otra
manera. Pues, la longitud de la carga se aumenta de nuevo, pasando de 12,90m a 13,70m.
El peso de un módulo calculado en detalle en la parte III de este informe es de 13400 kg sin tener en
cuenta la escalera, lo que es muy soportable por un vehículo de tipo camión o vehículo articulado.
En efecto, un camión que tiene dos ejes puede soportar más o menos 18 toneladas de carga.
Si se observa ahora la reglamentación del transporte con arreglo a las dimensiones y al peso de la
carga, se ve que nuestro caso es citado como transportes especiales, en España como en Francia, las
reglas son muy similares en Europa. El punto el más crítico por el transporte aquí es la anchura que
sobrepasa el 2,55m máximo de una carga habitual. Las longitudes máximas varían con arreglo al
tipo de vehículo (camión, vehículo articulado) y son hasta 16,50m. La anchura es de 4m máximo en
España, ningún límite en Francia. El peso aquí es bien debajo del peso máximo por una carga por
dos ejes o más.
Con estas informaciones, y principalmente el exceso de tamaño de la anchura, el transporte del
módulo entra en la categoría 1 de transportes especiales en Francia, y contiene las mismas
indicaciones y las obligaciones en España. Es indicado que ningún acompañamiento es necesario
para desmontar señales de tráfico, las carreteras son bastante anchas a aquella anchura de vehículo.
A pesar de todo, es necesario de tres faros giratorios amarillos - dos delante, uno detrás -, señales de
tráfico rojos y blancos así como señales de tráfico « transportes especiales », delante y detrás.
Se observa bien aquí el interés de tener en cuenta desde el principio de un proyecto la construcción
de las piezas hasta el sitio de implantación para prever lo mejor posible la obra y ser más rápida y
eficaz. A cada nuevo elemento de este proyecto, la cuestión del transporte ha sido evocada con mi
director de prácticas para estar seguro de la viabilidad del MAS. La concepción fue muy unida y
inducida de la construcción más tarde del edificio.
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IV – Enfoque estructural
IV – 1 – Cálculo del peso
Se calcula el peso de un módulo a principios del enfoque estructural con el fin de poder integrarlo
en el cálculo global de estructura del MAS efectuado por David Mencías, en preliminar de mi
estudio. Luego, las informaciones encontradas son primeros datos para el cálculo de solamente un
módulo.
Para calcular el peso del módulo, se toma en cuenta sólo los perfiles metálicos, se escoge descuidar
la escalera considerando que su peso es mínimo en comparación con los de los perfiles. Por cada
sección de perfil, se busca en primer lugar su masa lineal en manuales que catalogan todos los
valores de las propiedades mecánicas importantes. El manual utilizado por este informe es un
documento español proveniente del "prontuario" - es decir manual - de la página web del APTA, la
Asociación para la Promoción Técnica del Acero, www.apta.com.es. En segundo lugar, se debe
multiplicar la masa lineal por la longitud del perfil para obtener su peso. Después de sumar los
resultados de cada perfil, se obtiene el peso total de la estructura del módulo, es decir la parte
prefabricada, unida en fábrica y pues transportada hacia el sitio de implantación en transportes
especiales.
Este enfoque estructural permitió darse cuenta que la sección de ciertos perfiles dibujados en fase
concepción no existe en talla estandardizada, y no puede ser modelizar sobre un software de
estructura. El deseo es de hacer un módulo prefabricado con un precio razonable, entonces es
escogido transformarlos en sección estándar que es la más próxima de la original.
Así, por ejemplo, los cuatro perfiles cuadrados horizontales de 12,3m de longitud fueron dibujados
en el momento de la concepción con 150mm de lado, luego transformados en 160mm. Este cambio
provoca entonces una fijación menos buena de las piezas entre ellas a causa de su diferencia de
sección.
Cálculo del peso de un módulo:
EJE X
Sección: 160 x 160 x 10mm // 4 piezas
Masa lineal = 44.4 kg/m
Cálculo: 4 x 44.4 x L = 4 x 44,4 x 12,3 = 2184,5 kg
EJE Y
Sección: 300 x 150 x 10mm // 12 piezas
Masa lineal = 64,8 kg/m
Cálculo: 12 x 64,8 x L = 12 x 64,8 x 2,7 = 2099,5 kg
EJES X et Z
Sección: 300 x 150 x 10mm // 6 piezas
Masa lineal = 64,8 kg/m
Cálculo: 6 x 64,8 x L = 6 x 64,8 x 2,77 = 1077 kg
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Sección: 300 x 300 x 16mm // 4 piezas
Masa lineal = 134 kg/m
Cálculo: 4 x 134 x L = 4 x 134 x 2,77 = 1485 kg
Sección: 400 x 400 x 16mm // 4 piezas de protección de los cables
Masa lineal = 184 kg/m
Cálculo: 4 x 184 x L = 4 x 184 x 3,06 = 2252 kg
Sección: 200 x 120 x 10mm // 2 piezas
Masa lineal = 44,4 kg/m
Cálculo: 2 x 44,4 x L = 2 x 44,4 x 2,77 = 246 kg
Sección: 300 x 150 x 10mm // 8 piezas
Masa lineal = 64,8 kg/m
Cálculo: 8 x 64,8 x L = 8 x 64,8 x 3,48 = 1804 kg
Sección: 300 x 150 x 10mm // 8 piezas
Masa lineal = 64,8 kg/m
Cálculo: 8 x 64,8 x L = 8 x 64,8 x 4,27 = 2213,5 kg
Figura 44: Esquemas de las diferentes
secciones de perfiles de un módulo
PESO TOTAL = 13361,5 kg
La estructura de cada módulo pesa aproximadamente 13400 kg, es decir 13 toneladas.
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IV – 2 – Los cálculos precedentes del conjunto del MAS
Los cálculos de estructura del módulo son efectuados en la continuación de los cálculos efectuados
por la maqueta del arco del MAS a la escala 1:30ème, para evaluar los puntos posibles críticos. Sólo
la idea del módulo es tomado en cuenta por los cálculos, todos los otros elementos como el
ascensor autonivelante o los paneles solares y su estructura no son tomados en cuenta. La idea aquí
es más de tener una idea general de los esfuerzos internos en el arco.
Con respecto a más particularmente los cálculos precedentes, David Mencias deseó estudiar la
importancia de los cables sobre los esfuerzos internos de toda la estructura. Para eso, modelizó todos
los módulos del MAS de manera muy simplificada y aplicó tres fuerzas:
- una fuerza de viento en el eje x, encontrada en respuesta a análisis y cálculos
- una fuerza de viento en el eje y, encontrada en respuesta a análisis y cálculos
- el peso de cada módulo, que es en nuestra situación final de 13400kg.
Entonces obtuvo dos gráficos que podían ser comparados muy rápidamente, el primero donde no
significó la existencia de cables postensados, el segundo donde cada cable coacciona 4 módulos
construidos. Estos cables deben ser implantados con la manera precisada en la figura 44, es decir
que deben estar lo más posible sobre la línea de empuje, la línea donde los esfuerzos internos son
los más intensos.
Se puede concluir de los dos gráficos de la figura 45 que los cables mejoran muchísimo la resistencia
interna del edificio y permite así su estabilidad sin necesidad de añadir piezas por ejemplo. Sin estos
cables, muchos módulos de la estructura no pueden sostener los esfuerzos internos, como lo
demuestra toda la parte roja del gráfico a la izquierda.
Figura 45: Líneas de coacción y de empuje de
un conjunto de módulos
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Figura 46: Comparación de dos modelos de la maqueta 1:30: a la izquierda,
un modelo sin cable de coacción, a la derecha, un modelo con cable
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IV – 3 – Cálculos del módulo
IV – 3 – a - Método de cálculo
El software utilizado para efectuar estos cálculos es SAP2000, significando Structural Analysis
Program. Es a menudo utilizado por los ingenieros civiles para calcular los esfuerzos internos de una
estructura de hormigón o de metálico con todo tipo de carga.
Con el fin de poder obtener los resultados, varias etapas son necesarias y parámetros tienen que
informar.
Primero, es necesario importar una modelización muy simple en 3D de la estructura estudiada. Cada
perfil tiene que dibujar como una barra simple, es decir un trazo. Por nuestro estudio, la
modelización es efectuada en el software Autocad. En el momento de la importación, es importante
tener cuidado con las unidades.
Luego, hay que informar el material utilizado. Es escogido un acero de origen europeo llamado S275
y que responde a las normas europeas. Este tipo de acero es habitual en la construcción metálica. Se
trata de un acero no aliado, entonces es previsto en principio para la realización de edificios
destinados al servicio a temperatura ambiente lo que es nuestro caso aquí. Su nombre viene de su
límite de elasticidad Re = 275 MPa.
Ulteriormente, hay que informar las secciones utilizadas. El software ya contiene en memoria las
secciones europeas las más habitualmente utilizadas. Pues, es en este momento debe que ajustar
varias secciones de origen a secciones estandardizadas. También, ciertas piezas muy próximas son
emparejadas para formar, en el software, una única y misma barra.
Los puntos de apoyo son también necesarios por el cálculo de estructura. En nuestro caso, los 10
puntos del suelo son considerados como empotramientos, porque normalmente, después la union de
dos módulos, nada puede mover.
Los diferentes casos de carga supuestos son también inscritos. Por el caso de un módulo del MAS,
considero, en respuesta al cálculo de todo el edificio, 3 hipótesis como se lo esquematiza los 3
dibujos siguientes. En efecto, es considerado una fuerza N vertical, descendiendo y pudiendo ser
asimilado al peso propio del módulo. Luego, las dos otras hipótesis informan de los momentos My y
Mx nombrados respectivamente M3-3 y M2-2.
Figura 47: Las 3 hipótesis de carga
Por fin, es necesario de aplicar las cargas en los puntos correspondientes. Con el fin de tener el valor
de cada carga, cálculos preliminares tienen que efectuar antes de utilizar el software. Serán
desarrollados en la parte que sigue, con como ejemplo 4 módulos presentes a puntos estratégicos en
el MAS.
Al final, el software calcula con todas estas informaciones la deformada de la estructura modelizada.
También propone un cierto nombre de gráficos de análisis que pueden ser interpretados y permiten
entender los resultados obtenidos.
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IV – 3 – b – Los 4 puntos estratégicos de cálculo
No pude efectuar un análisis estructural por cada módulo del MAS. Así, en respuesta a los cálculos
efectuados por David Mencias, 4 módulos situados en puntos estratégicos del arco son elegidos por
los cálculos. Estos 4 puntos, presentados en la figura 48, son situados en zona roja o bastante crítica
del estudio global.
Figura 48: Situación en sección de los 4
puntos estratégicos
Con el fin de encontrar los valores de las cargas necesarias para aplicar por estos 4 módulos, hay que
tomar los valores de N, M2-2 y M3-3 encontradas en el momento del estudio global de estructura del
MAS. En efecto, David que informó el peso de un módulo en su cálculo que él mismo contiene las
mismas hipótesis de carga pudo informarme de los 3 valores buscados por cada hipótesis y cada
módulo. Para mi trabajo, tenía sólo a guardar el valor más crítico en las 3 hipótesis posibles. Se
obtiene así la tabla de valores presentada en figura 49.
N
M 3-3
M 2-2
A
11876 22584 35775
B
10001
4165
5382
C
3998 26949 12387
D
1420 13760
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Figura 49: Tabla de datos informados por el
estudio preliminar de todo el MAS
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Sin embargo, no es posible informar directamente estos valores en el software SAP2000. En realidad,
hay que transformar los momentos M2-2 y M3-3 en fuerzas aplicadas F2-2 y F3-3 con la fórmula F = M/
d, con d la distancia sobre la cual el momento es aplicado. La distancia d está encontrada
gráficamente por cada módulo como lo presenta los 4 esquemas de la figura 50.
Figura 50 : Técnica de cálculo de las distancias d2-2 y d3-3 en plano
Con las distancias calculadas gráficamente, se puede así encontrar las fuerzas necesarias por el
cálculo de estructura en el software utilizado. Sin embargo, no hay que olvidar saber sobre cuales
puntos aplicarlos así como sus direcciones como lo presenta la figura 51 por las tres hipótesis.
Figura 51: Repartición de las fuerzas aplicadas el módulo, resultando de los 3 hipótesis
Pues, hay en la tabla siguiente los diferentes resultados necesarios para conseguir los valores N/10,
F2-2/5 y F3-3/2 que son a informar en el software SAP2000:
Module
N/10
F 3-3
F 2-2
F 2-2/5
F 3-3/2
A
1187,6
1851,1
12336,2
2467,2
925,6
B
1000,1
394,0
2144,2
428,8
197,0
C
399,8
4417,9
8542,7
1708,5
2208,9
D
142,0
4744,8
122,9
24,6
2372,4
Figura 52: Tabla de cálculo de las fuerzas aplicadas sobre el módulo
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Pues, se obtiene a raíz de todos los parámetros informados en el software, gráficos que representan la
proporción entre los esfuerzos internos en cada barra y la capacidad limita para no deformar la
estructura. Así, si se sobrepasa 1, la barra es roja, y pues la estructura es mal dimensionada y puede
deformarse luego romper con la carga que soporta.
Se trata aquí de comparar los comportamientos de los 4 módulos a fin de determinar realmente la
zona más crítica y dimensionar el módulo en función.
Figura 53: Módulo A - Solicitación de cada perfil
Por el módulo A, situado al pie del arco, se ve que un cierto número de barras son rojas por lo tanto
de tamaño inferior a lo que es necesario. Sin embargo, este módulo es en contacto con el centro
comercial nombrado el " Mirador del Rio ", pues, no es realmente pertinente de efectuar este análisis
y conclusión. Se puede completamente suponer, con el tamaño del centro comercial, que no hay
preocupaciones de estabilidad y de dimensionamiento en este lugar. Aquí, toda la estructura de los
módulos es atada con el " Mirador del Rio ".
Figura 54: Módulo B - Solicitación de cada perfil
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Ninguna barra aparece en límite de resistencia por el módulo B. Pues, no hay problema de
dimensionamiento.
Figura 55: Módulo C - Solicitación de cada perfil
El módulo C presenta algunas barras en naranja o bien en rojo con arreglo a las secciones que se le
aplica. Pues es necesario interrogarse de su dimensionamiento y ver si se puede mejorar su
capacidad de resistencia de cualquiera manera.
Figura 56: Módulo D - Solicitación de cada perfil
La misma conclusión como por el módulo B, ninguna barra aparece en límite de resistencia por el
módulo D.
Al final, se observa que el módulo el más crítico y que crea problema es el módulo C. Pues, se ve a
ver más tarde de cuales maneras se puede proponer un módulo que resiste a los esfuerzos internos
sin desnaturalizarlo ni transformarlo mucho.
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IV – 4 – La dovela más solicitada: módulo número C
IV – 4 – a – Los diferentes casos desarrollados
Se ve que el problema más crítico por la estructura del MAS se sitúa al nivel del módulo C. En
efecto, con los primeros cálculos de este último, hubo que cambiar sin cesar la estructura, tanto a
propósito de la sección de los perfiles como del ensamblaje. Las tres partes, la concepción, la
construcción, la estructura, han sido transformados hasta obtener un cálculo satisfactorio, con un
perfil metálico capaz de resistir a los esfuerzos internos que fue aplicado sobre él sin deformarse
demasiado.
Así, el primer boceto del módulo no fue inclinado, sino recto, a la imagen de un contenedor. Luego,
la idea de inclinarlo apareció para obtener una mejor conexión entre los módulos y un seguimiento
óptimo de la dirección de los cables de coacción. Esta inclinación, verificada por cálculos,
contribuyó también a una mejor resistencia de los perfiles metálicos a las fuerzas aplicadas.
Luego, hubo la idea de un 5o cable pretensado, situado en el centro de una fachada longitudinal,
con una distancia de unos metros del módulo. El objetivo fue aquí arriostrar la estructura y obtener
una mejor estabilidad porque los módulos son muy pequeños y finos frente a la gran altura de toda
la construcción del MAS. Esta hipótesis, sin embargo mejor por la estructura, no fue guardada porque
la implantación del MAS se volvía mucho más generosa, y el estetismo era un poco cambiado.
Al final, la solución escogida fue, para contribuir al problema del módulo C, de aumentar las
secciones de los perfiles metálicos con el fin de que sean más en situación de resistir a los esfuerzos
internos. Pues, la primera etapa de esta solución fue de transformar la sección rectangular 300x150x10mm - de los perfiles verticales de los 4 ángulos del módulo en sección cuadrada más
importante - 300x300x20mm -. Lo mismo, los perfiles de más de 12m de longitud son reforzados por
una sección más grande. En efecto, si se mira la figura 57 que presenta la estructura compuesta de
las primeras secciones, los problemas de resistencia se encuentran principalmente en las
extremidades del módulo, horizontalmente como verticalmente. Todas las barras en rojo tienen un
coeficiente superior a 1, lo que significa que no son bastante resistentes y sólidas.
Figura 57: Módulo C - Inclinado, Perfiles a sección fina
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En consecuencia de este cambio de secciones, los resultados son mejores como se puede verlo en la
figura 58. A pesar de todo, una sección de una barra vertical queda insuficiente. La insuficiencia de
resistencia es sin embargo mínima: los esfuerzos internos aplicados son solamente 5 % demasiado
importantes por este tipo de perfil, como se puede verlo en la figura 59. Añadir un poste de más de
300mm de lado induciría nuevas problemáticas en la concepción y parece aquí un poco
desproporcionado.
Figura 58: Módulo C - Inclinado, aumento de la sección de los perfiles a las extremidades
Figura 59: Módulo C - Información detallada de las cargas aplicadas sobre el perfil el más solicitado en extremidad
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Tras una reflexión, se decidió responder a este problema de una manera un poco desviada: soldar los
dos U de protección de los cables con la pieza problemática con el fin de que al nivel estructural, el
todo funcione como un solo y único perfil de muy gran sección.
Figura 60: Módulo C - Inclinado, perfiles en U de protección de los cables soldados al módulo y pues integrados en los
cálculos
El resultado final es satisfactorio: todas las barras del módulo son pasadas debajo del coeficiente 1
significado el mal dimensionamiento. A pesar de todo, fue decidido solidificar el conjunto de la
estructura MAS con arrostramientos entre los dos arcos sobre los 2/3 de la parte superior del edificio.
En efecto, muchas barras quedan a proximidad de su límite de resistencia y con una obra de este
tamaño, es preferible conservar un margen de maniobra sobre todo que concierne a las fuerzas del
viento, que no pueden ser conocidas en lo absoluto.
Es sin embargo una lástima de no haber tenido en cuenta el deseo primero de este edificio: construir
dos arcos curvados parabólicos sin ningún contacto entre los dos para no tener ninguna transmisión
de fuerzas. Así, cada arco debía resistir a las diversas fuerzas aplicadas solamente por el efecto de los
cables de arrostramiento y de los buenos dimensionamientos de los módulos.
Figura 60: Añadido de arrostramientos entre los dos arcos en parte superior
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IV – 4 – b – Análisis
Si se trata de entender más precisamente el módulo C en su última configuración, se observa muy
distintamente una deformación al punto alto de la barra que plantea problema anteriormente.
Aparece natural que esta extremidad esté mucho más sometida a los esfuerzos internos que las otras:
todos los módulos por encima del módulo C están en rotación hacia este perfil. Si se observa la
posición de este punto en el arco, se imagina bien que es el lugar de una transmisión importante de
fuerzas. Incluso se puede hacer la hipótesis que se sitúa sobre la línea de empuje expuesta
anteriormente.
Las figuras más abajo exponen una deformación exagerada del módulo, donde el perfil metálico
critico aparece como el punto el más solicitado a ser desplazado de su posición de origen.
Figura 62: Módulo C - Inclinado, deformación exagerada x400, fachada longitudinal
Figura 63: Módulo C - Inclinado, deformación exagerada x400, fachada transversal
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La figura 64 más abajo presenta las reacciones de tracción - en verde - y de compresión - en rojo de cada barra del módulo C. Se observa que la mayoría de los perfiles metálicos funcionan en
tracción lo que aparece normal con la construcción de la estructura. A pesar de todo, se puede
distinguir dos barras, incluido la más crítica del módulo, funcionando a la vez en tracción pero
igualmente en compresión. Esta información afirma una vez más la hipótesis propuesta
anteriormente : este punto crítico es muy ciertamente cercano de la línea de empuje máxima.
Figura 64: Módulo C - Inclinado, compresión en rojo y tracción en verde aplicadas a los perfiles del módulo
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VI – Conclusión - Balance personal
Este período de prácticas de 15 semanas en España, en un laboratorio de investigación, me permitió
una aportación tanto al nivel de los conocimientos en los sectores de la ingeniería y de la
arquitectura como personalmente.
En primer lugar, es la primera vez que pude trabajar en un proyecto concreto donde los tres partes
son muy próximas y relacionadas a mi formación.
En efecto, este proyecto se elaboró primero con un aspecto arquitectural, de concepción que ya
había visto en el momento de mis períodos de prácticas en agencia de arquitectura.
Luego, fue diseñado a través un enfoque constructivo, de su prefabricación a su implantación en el
sitio. Esta visión me enseño mucho. En efecto, no había tenido realmente la oportunidad durante mis
estudios de trabajar a un tal grado de detalle. Con este enfoque, pude entender toda la complejidad
de las pequeñas cosas no visibles en la fase concepción pero que tienen una real importancia en la
continuación del proyecto. Por ejemplo, cual ensamblaje escoger entre las piezas tiene que
reflexionar desde las primicias de la idea principal porque puede inducir nuevas piezas, esfuerzos
estructurales particulares y una puesta en práctica diferente.
Para acabar, el enfoque estructural, que ya había tenido la oportunidad de utilizar muy simplemente
y sucintamente en 2o año en la Escuela Central de Nantes, también tiene toda su importancia en un
edificio de la envergadura del MAS. En efecto, es imposible concebir un tal proyecto sin cálculo a
causa de la complejidad de la idea general del arco curvado. Entonces, debí hacer numerosos
cambios de la estructura del módulo que aparece bastante simple en consecuencia de los cálculos
estructurales. Pues, es necesario estudiar desde el principio la viabilidad o no del proyecto. Soy
realmente enriquecida del método del proyecto con los tres enfoques simultáneos y así, por fin pude
descubrir el potencial real de lo que un diploma doble arquitecto-ingeniero puede aportarme en más
en mi trabajo futuro.
Sin embargo, también descubrí por este enfoque muy transversal los límites de un tal proyecto. En
realidad, el módulo del enfoque estructural era muy simplificado con relación a el de la concepción.
Pero entonces cómo decirse que ambos sistemas puedan ser emparentados con un único. Todas las
hipótesis presentadas en este período de prácticas no han realmente bien definidas y no explicadas.
Entonces, un estudio de investigación como la que pude efectuada presenta todavía numerosas
incertidumbres con relación a un proyecto terminado, listo a construir.
También, no tuve la oportunidad de trabajar sobre la viabilidad económica del proyecto o todavía
sobre las reflexiones sociales como la aceptación del MAS por los usuarios y habitantes de la ciudad
de Madrid, sin desnaturalización de la capital.
Mi trabajo de investigación sobre el MAS y particularmente sobre el módulo no fue completo, a
causa de la falta del tiempo principalmente. Me habría gustado ver un poco más los aspectos
économico-sociales que son también importantes como los aspectos técnicos y arquitecturales de un
proyecto.
En segundo lugar, de una opinión más personal, este período de prácticas fue muy enriquecedor
sobre diversos aspectos.
En efecto, el estudio de un edificio de tal envergadura fue una gran satisfacción para mí. Es muy raro
poder trabajar durante sus estudios sobre un proyecto tan atípico y consecuente a pesar de que en la
actual coyuntura compleja, el proyecto es difícilmente realizable. Tuve la posibilidad de descubrir
cosas muy específicas que quizás no tendré nunca la ocasión de revisar. Hay que anotar sin embargo
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que mi trabajo efectuado en el momento de este período de prácticas es difícilmente reutilizable más
tarde a causa de su singularidad.
Luego, estuve agradablemente contenta de trabajar en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de
Madrid porque la aportación tan técnica como artística fue muy grande. En efecto en Francia, las
escuelas de arquitectura abordan solamente poco la técnica. En España, mi director de prácticas,
arquitecto de origen, me ayudó tanto con el aspecto arquitectural como ingeniero. Ademas, tuve la
oportunidad de trabajar con un software muy practicado en ingeniería, SAP2000, lo que me permitió
aumentar mis competencias al cálculo de estructura.
También, el trabajo en laboratorio de investigación me enseñó a gestionar mi tiempo, porque
trabajaba la mayoría parte de tiempo sola, en autonomía. No tenía tampoco objetivos reales a fechas
precisas. Mis condiciones de trabajo eran pues muy pocas vinculantes. A pesar de todo, me habría
gustado trabajar más en equipo porque al final mi proyecto fue muy poco en contacto con el grupo
de investigación TISE y tenía por solo interlocutor mi director de prácticas que dedicó una gran parte
de su tiempo al proyecto del MAS. Pues, fue un poco difícil al principio del período de prácticas de
entender bien lo que deseaba y hacer sus propias marcas con el proyecto con el fin de aportar su
visión personal.
Por fin, irse al extranjero permite una apertura al mundo y a la cultura que puede ser diferente de la
nuestra. Así, aprendí mucho de los españoles, tanto en el trabajo como en el momento de mis salidas
con mis amigos. La barrera lingüística provocó también algunas peripecias que me han más tarde
constructivas.
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Agradecimientos
Quiero dar las gracias, especialmente a mi director de prácticas, Señor José María Adell Argilés, por
su apoyo, sus conocimientos y su visión crítica que me ayudaron a adquirir nuevas competencias.
También doy las gracias a Señor David Mencias que estas haciendo una tesis a la Universidad
Politécnica de Madrid y que me ayudó para toda la parte estructural del proyecto del Madrid Arco
Solar durante mi practica.
Finalmente, quiero dar las gracias a toda el equipo de alumnos del MAS, que encontré durante la
construcción de la maqueta de madera y con los que trabajé para la concepción de documentos
gráficos del proyecto, por su simpatía. Los diferentes intercambios que estuve con ellos, fueron
benéficos para el aprendizaje de la lengua española.
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Bibliografía
Información general sobre el MAS:
Sitio web del proyecto:
http://www.madridarcosolar.es
Sitio web de los trabajos estudiantes efectuados sobre el proyecto:
http://madridarcosolar.wordpress.com
Vídeo conferencia del proyecto:
https://www.youtube.com/watch?v=1jwnxX2vxSU
Enfoque concepción:
Informe arquitectural:
ADELL Josep María, « Innovación Sostenible en el “Madrid Arco Solar” del s.XXI », 2013.
3 proyectos de Solar Decathlon en 2005, 2007 y 2009 en los Estados Unidos:
ADELL Josep María, 3 Casas, 2 Mundos, 1 Sol. La UPM en el concurso Solar Decathlon EEUU,
Ed. Munilla Lería, 2010.
Las diferentes patentes:
- ADELL Josep María, « Arco Alabeado(300m) », Patente no ES 2394835 B2. Solar Europe.
Pza. Colón. Madrid, 2010.
- ADELL Josep María, « Ascensor Autonivelante », Patente no ES2400441 B2. Solar Europe.
Pza.Colón Madrid, 2010.
- ADELL Josep María, « Noria », Patente no ES2400545 B2. Solar Europe. Pza. Colón. Madrid,
2010.
- ADELL Josep María, « Edificio esférico », Patente no ES2395422 B2. Solar Europe. Pza.
Colón. Madrid, 2010.
- ADELL Josep María et AA.VV, « Seguidor Solar Eclíptico », Patente no 201301137, 2013.
Enfoque constructivo:
Maqueta de madera:
Sitio web de los trabajos estudiantes que presentan la fabricación de la maqueta de madera
escala 1:120:
http://madridarcosolar.wordpress.com/m-a-s-4-maqueta-de-madera-25-m/
Transporte del módulo
Tabla recapitulativa de las dimensiones máximas por una carga sobre un camión en los países de
Europa:
http://www.internationaltransportforum.org/IntOrg/road/pdf/dimensions.pdf
Informe sobre las reglamentaciones de los diferentes tipos de vehículos de transporte:
Area de Formación y Comportamiento de Conductores, Dirección general de tráfico, «
Reglamentación sobre vehículos pesados, prioritarios, especiales, de transporte de personas y
mercancías y tramitación administrativa », 2011.
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Enfoque estructural:
Secciones de los perfiles
Sitio web del manual de los perfiles propuestos por la Asociación para la Promoción Técnica del
Acero:
http://www.apta.com.es/prontuario/Capitulo_4.htm
Cálculos precedentes sobre el MAS
Informe técnico:
ADELL Josep María, MAS-GUINDAL Antonio José, MENCÍAS David, « Structural analysis of a
th
masonry parabolic and twisted arch », 9 International Masonry Conference, Guimarães 2014.
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