CUBIERTA PARCIALMENTE RETRÁCTIL - ARENA PARQUE ROCA

Martín Eduardo Polimeni Ingeniero Civil.

Ciudad de Buenos Aires - Argentina. Miembro de la Comisión Permanente de Estructuras de Acero del CIRSOC

Miembro de la Comisión Redactora del Reglamento CIRSOC 402 Docente de la asignatura Cimentaciones de la FIUBA.

Presidente de EEPPSA Consultora de Ingeniería eeppsa@arnet.com.ar

Resumen del Trabajo

Con el fin de convertir el estadio de tenis, Mary Terán de Weiss (Parque Roca), en un estadio multipropósito, el GCBA decidió proyectar y construir la cubierta de dicho estadio con la particularidad de que los sectores centrales de ésta serán retráctiles. La cubierta estará conformada por estéreoestructuras metálicas que apoyan, en un extremo, en un conjunto vigas perimetrales de hormigón pretensado y sus respectivas columnas, y en su otro extremo cuelgan de dos grandes arcos de estructura de acero, de 185 m de longitud y 43 m de altura cada uno. Estos dos grandes arcos sirven, también, como carriles para dos sectores móviles centrales los cuales son accionados electromecánicamente. El sistema de movimiento es controlado mediante PLC y posee sistemas de seguridad. El tiempo de apertura y cierre de dichos sectores es del orden de los 6.5 minutos. Será el estadio, en su rubro, de mayor capacidad y superficie cubierta del país. Abstract In order to convert the tennis stadium, Mary Terán de Weiss (Parque Roca), to a multipurpose stadium, the GCBA decided to design and build the roof of the stadium with the particularity that the central sectors of it, will be retractables. The roof will consist of spacial metallic structures supported, at one end, at a set of perimeter prestressed concrete beams and their respective columns, and at its other end, hang of two big metallic arches of 185 m long and 43 m height each. These two large arches serve, also, as central lanes of the two mobile sectors which are actuated electromechanically. The movement system is controlled by PLC and has security systems. The time of opening and closing of said sectors is about 6.5 minutes. The stadium, in its field, will have the higher capacity and covered area in the country.

DESCRIPCIÓN GENERAL.

El estadio Mary Teran de Weiss (Parque Roca) se encuentra ubicado en el barrio de Villa Soldati, sobre la avenida Roca, entre las avenidas Lacarra y Esmeralda, en el Sur de la CABA. En la actualidad, posee una capacidad de 14500 butacas y su principal función es la de estadio outdoor para eventos de tenis. La estructura del estadio no posee zonas cubiertas. Su estructura está compuesta por elementos premoldeados de hormigón (gradas, vigas, columnas y fundaciones). La estructura de la cubierta parcialmente retráctil cubre, totalmente, la superficie del estadio (aproximada de 13000 m2 (contabilizando futuros “aleros”)) y posibilita la apertura y el cierre de su zona central (aprox. 1335 m2) de acuerdo a las condiciones climáticas reinantes en cada evento. A su vez, su estructura es capaz de soportar las cargas provenientes de instalaciones suspendidas de equipos para eventos musicales o de otra índole y cuenta con un sistema conveniente de aislación térmica y acústica. Se incorporan instalaciones complementarias como ser vestuarios, baños y salas de conferencias.

DIMENSIONES GENERALES DE LA ESTRUCTURA DEL ESTADIO Y CUBIERTA.

Dimensiones generales:

Largo, en planta, de la superficie cubierta: 136 m

Ancho, en planta, de la superficie cubierta: 112 m

Superficie total, en planta, de la cubierta: 13265 m2

Distancia entre ejes de apoyos de arcos: 179 m

Altura a la clave de los arcos: 44 m

Altura máxima de la cubierta: 46.9 m

Longitud de cada arco (ejes cordones superiores): 202 m

Altura de nivel superior de la viga perimetral: 22.9 m

Altura del nivel superior del cerramiento de cubierta: 34 m

Distancia entre columnas extremas perimetrales long.: 125 m

Distancia entre columnas extremas perimetrales transv.: 101 m

Superficie de la zona traslucida vertical: 812 m2

Superficie, en planta, de la zona traslucida cubierta: 840 m2

CARACTERÍSTICAS DE LA SOLUCIÓN ESTRUCTURAL ADOPTADA PARA LA CUBIERTA.

La estructura está compuesta por una superestructura formada por dos importantes arcos de sección metálica formada por tubos estructurales, desde donde es soportada gran parte de la estructura de cubierta a través de puntales/tensores. El techo propiamente dicho está compuesto por placas estéreas (estéreoestructuras) formadas por tubos estructurales apoyadas en vigas perimetrales de hormigón armado premoldeadas y en

un conjunto de columnas perimetrales premoldeadas de hormigón armado. A continuación se describen los distintos elementos estructurales.

SUPERESTRUCTURA.

La superestructura está compuesta por:

Dos arcos paralelos de 183.4 m de luz (a eje de los cordones superior, a nivel del apoyo de hormigón) y 44 m de altura a la clave, separados, a ejes, 30.0 m, de sección metálica tubular de sección constante de 3.0 m en 129 m centrales y luego variable hacia los extremos. Los citados arcos cumplen las siguientes funciones estructurales:

Soportan el sistema de estéreoestructuras de la cubierta a través de 12 sistemas de tensores/puntales (6 por cada arco).

Actúan como vigas carrileras de los sectores móviles, alojando, en sus cordones superiores internos a los rieles para el movimiento de los bogies del sistema de traslación de los sectores móviles.

La sección de estos arcos está formada por cuatro cordones (dos superiores y dos inferiores) de tubos estructurales de sección circular de 457 mm y espesores de 10.3 mm y 6.35 mm, una retícula de diagonales y montantes horizontales. Las diagonales son de tubos estructurales de sección circular de 273 mm x 4.0 mm separados entre ejes aprox. 4.5 m. Los montantes horizontales están compuestos por tubos estructurales de 114 mm x 2.5 mm. La altura de la sección a eje de sistema es de 3.0 m en su clave y 6.06 m en sus extremos. El ancho de la sección, a eje de sistema, es constante e igual 3.0 m. La calidad del acero adoptado es API5LX52 para tubos iguales o mayores a 273 mm y TE 36 para tubos de menor diámetro.

Figura 1: Sección típica de los arcos.

Figura 2: Vista longitudinal de los arcos.

Un sistema de doce (12) tensores/puntales (6 por cada arco – 3 puntos de apoyo por arco) formados por tubos estructurales de 273 mm de diámetro y 4 mm de espesor formando “pirámides verticales invertidas”. La calidad del acero adoptado es API5LX52.

ESTRUCTURA DE CUBIERTA.

ESTÉREOESTRUCTURAS.

La estructura de la cubierta es fundamentalmente metálica exceptuando las vigas y columnas perimetrales. Está compuesta por estéreoestructuras (reticulados espaciales) las cuales poseen una altura de sistema (distancia entre ejes baricéntricos de los cordones superiores e inferiores) de 2.50 m Están formadas por cordones superiores e inferiores, longitudinales y transversales, y por diagonales (formando las “pirámides” típicas del sistema estéreo). Las estructuras están formadas por tubos estructurales de sección circular de acero calidad TE 36. Las características geométricas de los tubos son:

Cordones: Diám.: 168 mm x esp.: 3.2mm / 4.0 mm / 6.35 mm y Diam.: 219 mm x esp.: 3.2 mm / 6.35 mm.

Diagonales: Diám.: 114 mm x esp.: 2.5mm / 4.0mm / 6.35mm.

Figura 3: Nudo típico de las estéreoestructuras

La cubierta posee tres niveles de cerramiento:

Un primer nivel, formado por placas estereras, que cubre la mayor parte del estadio, ubicándose entre las vigas perimetrales de hormigón y los arcos metálicos. Este nivel de cerramiento es fijo y posee pendiente hacia las vigas perimetrales. Estáticamente, las estéreoestructuras de este nivel apoyan en las vigas perimetrales (tanto para acciones verticales como horizontales) y en los puntales/tensores que transfieren las cargas a los arcos.

Un segundo nivel, formado por dos placas estereras, el cual se encuentra embebido entre los arcos (en ambos laterales), también fijo y con pendiente hacia las vigas perimetrales. Estáticamente, las estéreoestructuras apoyan en los arcos.

Un tercer nivel, formado por dos placas estéreas, que se ubica en la parte central entre los arcos, apoyándose sobre éstos. Las placas estéreas de este nivel son móviles, retrayéndose hacia los laterales, utilizando a los arcos como carrileras.

Entre el primer nivel y cada uno de los arcos, existe un cerramiento traslucido que “copia” la forma curva del arco. Este cerramiento posee en su centro, aprox. 7.0 m de altura.

UNIONES ENTRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

Las uniones abulonadas se realizan mediante bulones de alta resistencia tipo ASTM A325 galvanizados de deslizamiento crítico. Tuercas y arandelas ASTM A563 y F436. Las uniones soldadas son de filete y las a tope, de penetración completa.

TERMINACIÓN SUPERFICIAL, PINTURA Y GALVANIZADO.

Preparación de superficies.

Arenado Sa 2 ½ según SSPC SP10.

Esquema de pintura.

200 micrones nominales de película seca, divididos en: o Epoxi: 160 micrones (80 micrones por mano). o Poliuretano: 40 micrones

Elementos galvanizados.

Galvanizado en caliente según ASTM A123

CERRAMIENTO DE CUBIERTA.

El cerramiento de cubierta está compuesto por:

Chapa inferior: plegado trapezoidal de 0.70 mm de espesor y 250 mm de altura. Perforado con una relación de vacios del 30% de la sección total. Este plegado se une a los tubos de cada estéreo-estructura.

Aislación térmica y acústica: materializada mediante lana de roca de 40 mm de espesor y 80 kgf/m3 de densidad.

Chapa superior: chapa tipo U45 de 0.50 mm de espesor unida al plegado inferior cada aprox. 1.30 m.

ESTRUCTURAS DE APOYO DE LA CUBIERTA.

VIGAS PERIMETRALES. Las vigas perimetrales (20) forman un polígono y sirven de apoyo a las estéreoestructuras. Poseen sección cajón de hormigón armado, premoldeadas, de 1.70 m de altura por un ancho de 0.80 m. Estas vigas apoyan, tanto vertical como horizontalmente, sobre 20 (veinte) columnas perimetrales. Poseen continuidad estructural para esfuerzos axiles, formando un polígono continuo perimetral. La resistencia del hormigón es H-38 y la armadura no tesa ADN-420 Las vigas transfieren a las columnas tanto cargas verticales como horizontales.

COLUMNAS PERIMETRALES. Las columnas perimetrales (20) son de hormigón armado y poseen una sección transversal rectangular hueca de 1.30 m de altura por 0.80 m de ancho y 22 m de altura sobre el NTN. La resistencia del hormigón es H-38 y acero para armadura ADN-420.

ESTRUCTURA DE APOYO DE LOS ARCOS. Los 4 (cuatro) apoyos de los arcos están formados por estructuras de hormigón armado, huecas, con espesores de pared de 40 cm. La resistencia del hormigón es H-30 y el acero para armadura ADN-420.

INFRAESTRUCTURA – FUNDACIONES.

Las fundaciones de las distintas estructuras son:

Fundaciones de los arcos. Formadas por un cabezal (es parte de la estructura de apoyo de los arcos) y 6 (seis) pilotes de 1.10 m de

diámetro con cota de fundación -23.5 respecto al NTN (0.00). Total: 4 (cuatro) fundaciones.

Fundaciones de las columnas.

Columnas longitudinales y transversales al estadio: Formadas por cabezales triangulares de 2.0 m de altura y cuenco superior para alojar a las columnas premoldeadas. Poseen 3 (tres) pilotes de 0.80 m de diámetro con cota de fundación -23.5 respecto al NTN (0.00). Total: 8 (ocho) fundaciones.

Columnas en las ochavas del polígono: Formadas por cabezales triangulares de 2.0 m de altura y cuenco superior para alojar a las columnas premoldeadas. Poseen 3 (tres) pilotes de 0.70 m de diámetro con cota de fundación -23.5 respecto al NTN (0.00). Total: 12 (doce) fundaciones.

Las fundaciones de las columnas están vinculadas mediante una viga de fundación 50x30 cm. En todos los casos se adoptó calidad del hormigón H-30 y acero para armadura ADN-420.

SISTEMA DE MOVIMIENTO.

El sistema de movimiento de cada sector retráctil de la cubierta está compuesto por un sistema de tracción por tiro de cables. Los tambores son accionados mediante motorreductores. La estructura de cada sector móvil apoya en cuatro bogies (dos por cada lateral). Cada bogie posee dos ruedas no motoras, donde se descarga el peso total a trasladar. Los tambores (dos pares por cada sector móvil) posen un diámetro de 700 mm. Cada lateral de cada sector móvil posee dos cables de tiro de 18 mm de diámetro. El sistema motriz de cada par de tambores está compuesto por un motorreductor de 1460 rpm y 25 HP con freno electromagnético y dos reductores a engranajes paralelos que reducen las revoluciones a 6 rpm. Momento útil mínimo: 50000 Nm. Resumiendo y teniendo en cuenta la totalidad del sistema (ambos sectores retráctiles), el sistema estará compuesto por:

4 (cuatro) tambores de 700 mm de diámetro y cables de 18 mm de diámetro con alma de acero.

4 (cuatro) motorreductores de 25 HP y 1460 rpm con freno electromagnético.

4 (cuatro) reductores a engranajes con relación de reducción i = 550/1

8 (ocho) bogies con dos ruedas de acero cada uno de 310 mm de diámetro.

4 (cuatro) rieles de 76x76 mm SAE 1038 de 116 m de longitud.

Sistemas de seguridad: En los extremos del recorrido se ubican topes unidos a los cordones superiores internos de los arcos como fines de carrera. Todo el sistema de movimiento se comanda desde una cabina ubicada en la planta baja del estadio.

El sistema de movimiento está controlado y automatizado mediante la utilización de un PLC (Programmable Logic Controller) o SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) de automatización y control de maniobras / anti maniobras.

VELOCIDAD DE MOVIMIENTO DEL SECTOR MÓVIL. El proceso de apertura o cierre de los sectores móviles se estableció en 6.5 minutos (5 minutos a velocidad constante y 1.5 minutos de acercamiento). El sistema contará con variadores de frecuencia para lograr el acercamiento en el tiempo deseado.

MODELO DE CÁLCULO Se realizó un modelo estructural tridimensional. Todos los elementos estructurales fueron modelados con elementos tipo frame, a excepción de los cabezales de fundación de los arcos que fueron modelados con elementos del tipo shell. Se realizó el análisis de la estructura tanto con el techo abierto como con el techo cerrado.

Figura 4: MEF – Vista longitudinal

Figura 5: MEF – Vista transversal

Figura 6: MEF – Planta

Figura 7: MEF – Vista general

Figura 8: MEF – Verificación de secciones – Relación: Capacidad requerida vs.

Capacidad disponible.

GRÁFICOS Y RENDERS.

Figura 9. Corte longitudinal – Cubierta móvil cerrada.

Figura 10. Corte longitudinal – Cubierta móvil abierta.

Figura 11. Corte trasversal.

Figura 12. Vista de las estructuras de hormigón - Fundaciones y estructuras de apoyo perimetral.

Figura 13. Detalle de rótulas de apoyo de arcos.

Figura 14. Sistema de movimiento.

Figura 15. Render – Vista de la cubierta desde el interior del estadio.

Figura 16. Render – Vista nocturna de la cubierta desde el exterior del estadio.

Figura 17. Render – Vista nocturna de la cubierta desde el exterior del estadio.

Figura 18. Render – Vista diurna de la cubierta desde el exterior del estadio – cubierta móvil cerrada.

Figura 19. Render – Vista diurna de la cubierta desde el exterior del estadio – cubierta móvil abierta.

AGRADECIMIENTOS.

o Al Ministerio de Desarrollo Urbano del GCBA. o A todo nuestro equipo de trabajo.