28.1.11

LA CAJA MAGICA

Arquitecto Dominique Perrault
Empresa Constructora FCC
Proyecto de Estructuras Departamento de Ingeniería de FCC
Construcciones Metálicas MARTIFER
Superficie construida de 60.000 m2
Autores: Carlos Coimbra y Juan Bayarri, MARTIFER
La Caja Mágica será un lugar de referencia en los futuros acontecimientos deportivos de la ciudad de Madrid. El edificio diseñado por el arquitecto francés Dominique Perrault, se construirá a base de acero, madera y vidrio y se vertebrará en torno a un espacio único que albergará tres estadios cubiertos y graderíos, además de instalaciones exteriores.
Con una superficie construida de 60.000 m2, aforo máximo para 25.500 espectadores consiste básicamente en 1 estadio principal, concebido como sala polivalente capaz de alojar espectáculos y otros eventos deportivos y dos 2 estadios secundarios.
El concurso promovido por la Empresa Municipal del Suelo incluía proyecto y ejecución de la obra, siendo el ganador la constructora FCC. MARTIFER fue adjudicatario de la estructura metálica de la cubierta de los citados estadios, que contempla la fabricación y montaje de 4.500 toneladas.
La singularidad del proyecto reside en que las cubiertas son abatibles e incluso una de ellas, estadio principal, es abatible y deslizante.
La tipología estructural consiste básicamente en:
CUBIERTA FIJA
• Pilares perimetrales que soportan en su alineación más larga la viga carril Mixta por la que deslizarán los elementos móviles que permiten la abertura de las cubiertas, formados a partir de 2 perfiles tipo HEB en cajón.
• Cerchas principales entre las vigas carril, algunas de ellas de 100 metros de longitud, cuyos elementos son perfiles armados a partir de chapa tipo H.
• Cerchas secundarias, situadas entre las principales realizan funciones de arriostrado, atado y correas para soporte de la cubierta, todo en perfil tubular.
• Como resultado de toda esta estructura aparecen unos huecos en la cubierta por donde debe entrar la luz natural.
CUBIERTA MÓVIL
• Es una estructura situada a una cota superior a la cubierta fija y sobre los huecos dejados.
• Cerchas principales laterales, a las que se unen los mecanismos de elevación que deslizan sobre las vigas carril.
• Cerchas secundarias de distinta rigidez según su posición que permiten unir las principales y soportar la estructura auxiliar para conformar la cubierta.
Las Cubiertas Móviles 2 y 3, son semejantes con la particularidad de estar apoyadas en dos patas y tener dos cerchas con contrapesos de hormigón para garantizar su estabilidad en posición de apertura. Estas cubiertas tienen la posibilidad de ejecutar 2 movimientos distintos, el movimiento de translación sobre las vigas carril y el movimiento de rotación en torno a las patas traseras, hasta alcanzar como máximo 25º.
La Cubierta Móvil 1 tiene un peso de unas 750 Toneladas de estructura metálica, superando las 1.000 tn con todos los cerramientos. Esta cubierta está sujeta sobre 6 patas que apoyan directamente en las dos vigas carril laterales de la Cubierta Fija 1. Esta cubierta móvil está formada por tres cerchas en perfiles armados a partir de chapas en calidad S355 y S460, siendo los arriostramientos en perfil tubular. En los dos extremos de la cubierta están ubicados dos cajones que hacen de unión de toda la estructura a las patas garantizando la estabilidad de la cubierta.
Debido a su enorme complejidad, el montaje de la cubierta fue minuciosamente estudiado antes de ejecutarlo, pues la altura de trabajo alcanza los 28 metros y las cerchas más grandes llegan a las 250 tn. Fue elaborado un procedimiento de montaje detallado teniendo en cuenta el peso de cada una de las piezas a elevar así como las contraflechas para poder dar estabilidad y seguridad al conjunto.
El procedimiento contempla todos los condicionantes de obra, una vez que el montaje tiene que ser ejecutado desde la zona central de la obra, llegando a utilizar una grúa de orugas y celosía de 800 Toneladas de capacidad para el posicionamiento de las piezas centrales.
La secuencia de montaje fue elaborada teniendo en cuenta la evolución de las diferentes tareas de la obra, tales como el montaje de los pórticos de hormigón armado de soporte de las bancadas y el montaje de la cubierta fija.
En primer lugar se montaron los pilares con las cruces verticales y sobre ellos las vigas carril, las cuales tienen unas ménsulas para recoger las cerchas principales. A continuación se procede al premontaje de los conjuntos pertenecientes a la cubierta fija en el suelo, para ello la cadencia de llegada del material a obra fue previamente estudiada para que este fuese descargado en las inmediaciones de la zona de trabajo. A medida que el material llegaba a obra eran montados los conjuntos a elevar, siendo definidos teniendo en cuenta la capacidad de la grúa utilizada y los radios admisibles. Estuvieron implicados en este proceso intermedio, cerca de 10 soldadores y grúas con capacidad suficiente para la movilización de piezas de 150 Tn (grúa de 400 Tn). El proceso de premontaje tuvo una duración continua de aproximadamente 1 mes.
Todas las uniones soldadas del cordón inferior, previstas entre los tramos de cerchas, tenían penetraciones totales, utilizando en los cordones superiores uniones atornilladas. Indicar que las uniones soldadas de las cerchas principales centrales son en chapa S460 con espesores de chapas de 55 mm.
Para la zona central donde va la Cubierta Móvil fueron instaladas 4 torres de apeo en tubo de Ø 711 mm y 25 mm de espesor, funcionando como soporte para el montaje de las cerchas centrales. Estos elementos auxiliares fueron calculados teniendo en cuenta acciones predominantes verticales provenientes del peso propio de la estructura así como de la estructura espacial montada posteriormente. Se despreciaron las acciones horizontales, tales como el viento, ya que los trabajos en esta zona central se llevaron a cabo en sólo 3 días, siendo inmediatamente trabada la estructura con los elementos perpendiculares de unión.
Las torres centrales fueron rigurosamente posicionadas en planta y en altura con ayuda de medios topográficos. Este rigor era necesario para que la cubierta quedase milimétricamente posicionada para recibir las patas y mantener las contraflechas de proyecto.
El montaje de los conjuntos principales tuvo una duración de dos semanas, iniciándola desde la zona central en dirección a los extremos. La cercha central, dividida en 3 conjuntos (150 toneladas el conjunto central y 90 toneladas cada una de las extremos) fue montada en 3 días consecutivos mediante una grúa de orugas de 800 Tn. Se continuó con los conjuntos laterales situados sobre la viga carril que además trababan las cerchas centrales, para ello se utilizaron grúas de 100 y 250 Toneladas.
Con la intención de optimizar los tiempos de montaje y uso de grúas se adoptaron uniones provisionales mediante cubrejuntas.
Por último se llevó a cabo la soldadura de penetración completa de todos los elementos, siendo necesarios una media de 15 soldadores diarios ayudados por plataformas elevadoras y estructuras de apoyo. La duración aproximada de la soldadura de toda la cubierta fue de 3 meses, siendo esta tarea ejecutada toda en altura.
Una vez terminada toda la soldadura se procede a la retirada de los apeos provisionales, siendo necesario para ello un estudio detallado para no provocar esfuerzos adicionales sobre la estructura. La opción elegida utiliza gatos hidráulicos para bajar toda la cubierta por sectores, por lo que fue previsto unos elementos de ajuste de altura en la zona superior de los apeos. El proceso consistía en la colocación de gatos hidráulicos de 160 toneladas entre las chapas de cuña situadas en las cabezas de cada torre.
Los gatos de 160 toneladas suben la estructura permitiendo bajar los elementos de ajuste, seguidamente era aliviado y la estructura era apoyada nuevamente en una cota inferior. El proceso fue iterativo hasta que la estructura no apoyaba en ninguna de la torres, utilizando 4 gatos hidráulicos controlados mediante una centralita que posibilitó la utilización de todos simultáneamente y sincronizados.
El proceso fue ejecutado desde las cerchas laterales hasta las centrales ya que la rigidez de los elementos centrales es mayor y la capacidad de carga de las torres de apoyo es superior.
Por último se montaron y ajustaron la patas de conexión entre todas las estructuras anteriores con la viga carril, a las que previamente se colocaron todos los mecanismos de translación de la cubierta. Destacar que los mecanismos de unión de las patas de cubierta están constituidos por rótulas radiales de diámetro 320 mm con PTFE para el deslizamiento y por casquillos de fricción ELGOGLYDE, estos materiales de alta resistencia fueron montados en fábrica.
La estructura metálica en contacto con los mecanismos es de gran precisión, formadas a partir de chapa, posteriormente mecanizadas y con tolerancias en perpendicularidad y paralelismo de una décima de milímetro. Como resultado tenemos en estas piezas un trabajo lento y de gran precisión ya que se trata de piezas de unión de la cubierta a las patas, por las que pasarán todas las cargas a la que la cubierta está sujeta.