2. FUNCIONAMIENTO ESTRUCTURAL AEROPUERTO DE OPORTO. CONSTRUCCION
IV - ESAYT
INDICE:
1.- INTRODUCCIÓN.
1.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CONSTRUCCIONES METÁLICAS Y
DE HORMIGÓN.
1.2. Esquema del edificio.
1.3. Fases de construcción del edificio.
2.- METODOLOGÍA.
3.- SISTEMA CONSTRUCTIVO DEL EDIFICIO.
3.1. Hipótesis de funcionamiento de la estructura
3.2. Tipologías estructurales utilizadas en los distintos órdenes.
3.3. Tipología constructiva de los elementos estructurales.
3.4. Tipologías de vínculos externos e internos.
4. FORMA DE MATERIALIZACIÓN CONSTRUCTIVA DE LOS DISTINTOS
ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
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3. FUNCIONAMIENTO ESTRUCTURAL AEROPUERTO DE OPORTO. CONSTRUCCION
IV - ESAYT
1. INTRODUCCIÓN.
El estudio que se va a realizar en este trabajo de investigación es el comportamiento
estructural del aeropuerto Francisco Sá Carneiro (o también conocido como
Aeropuerto de Pedras Rubras), en Oporto, realizado por el arquitecto Joao Leal.
El aeropuerto está situado a 13 km del centro de la ciudad, y es el mayor aeropuerto
en extensión y tráfico del noroeste peninsular, y el segundo de mayor tráfico de
Portugal tras el aeropuerto de Lisboa.
Fue inaugurado en 1945, y en el año 2000 se inició una remodelación que iba a
modificar por completo el funcionamiento y carácter del edificio. Este moderno
aeropuerto experimentó un gran aumento de pasajeros y vuelos, y ha conseguido
galardones como mejor aeropuerto del mundo en la categoría de aeropuertos de hasta
5 millones de pasajeros, y el tercer mejor aeropuerto del mundo, y varios más.
1.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CONSTRUCCIONES METÁLICAS Y
DE HORMIGÓN.
No existe un material perfecto, de haberlo no se utilizaría ningún otro. El hormigón y el
acero tienen sus cualidades y sus defectos.
• Ventajas de las construcciones metálicas:
- Alta resistencia mecánica y reducido peso propio: las secciones resistentes
necesarias son reducidas, por lo que los elementos estructurales suelen ser ligeros.
Este hecho hace a las estructuras metálicas insustituibles en aquellos casos en que el
peso de la estructura es una parte sustancial de la carga total, como naves
industriales, puentes de grandes luces, voladizos de cubiertas...
- Facilidad de montaje y transporte debido a su ligereza.
- Rapidez de ejecución, se elimina el tiempo necesario para el fraguado, colocación de
encofrados... que exigen las estructuras de hormigón.
- Facilidad de refuerzos y/o reformas sobre la estructura ya construida.
- Ausencia de deformaciones diferidas en el acero estructural.
- Valor residual alto como chatarra.
- Ventajas de la prefabricación, los elementos se pueden fabricar en taller y unir
posteriormente en obra de forma sencilla (tornillos o soldadura).
- Buena resistencia al choque y solicitaciones dinámicas como los seísmos.
- Las estructuras metálicas de edificios ocupan menos espacio en planta
(estructuralmente) que las de hormigón, con lo que la superficie habitable es mayor.
- El material es homogéneo y de calidad controlada (alta fiabilidad).
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• Inconvenientes de las construcciones metálicas:
- Mayor coste que las de hormigón. El precio de un hormigón HA 25 de central está en
torno a 60 €/m3, y el de un acero laminado (S 275) de un perfil normalizado es de
unos 0.60 €/kg.
- Sensibilidad ante la corrosión (galvanizado, autopatinado, ...).
- Sensibilidad frente al fuego. Las características mecánicas de un acero disminuyen
rápidamente con la temperatura, por lo que las estructuras metálicas deben protegerse
del fuego.
- Inestabilidad. Debido a su gran ligereza, un gran número de accidentes se han
producido por inestabilidad local, sin haberse agotado la capacidad resistente. Si se
coloca el arriostramiento debido (que suele ser bastante barato) son estables.
- Dificultades de adaptación a formas variadas.
- Excesiva flexibilidad. El diseño de las estructuras metálicas suele estar muy limitado
por las deformaciones, además de por las tensiones admisibles, lo que provoca una
resistencia desaprovechada al limitar las deformaciones máximas para evitar
vibraciones... que provocan falta de confort.
- Sensibilidad a la rotura frágil. Un inadecuado tipo de acero o una mala ejecución de
las uniones soldadas pueden provocar la fragilización del material y la rotura brusca e
inesperada.
• Ventajas del hormigón:
- Menor coste.
- Posibilidad de adaptación a formas variadas.
- Excelente resistencia a compresión.
- Mayor peso propio, lo que es una ventaja cuando facilita la estabilidad estructural
(cimentaciones o muros).
- Su solidez, debido a las generosas dimensiones que exigen sus aplicaciones.
- Estabilidad frente a ataques químicos.
• Inconvenientes del hormigón:
- Incapacidad de resistir tracciones.
- Peso y dimensiones.
- Mal acabado superficial.
- Dificultades y costo de demolición.
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1.2. Esquema del edificio.
A partir de este esquema dividiremos el conjunto en tres partes:
1. Estructura soporte. Es la encargada de transmitir las cargas actuantes en el
edificio a la cimentación. Forman parte de este grupo las costillas de hormigón,
que son las encargadas de soportar el peso del forjado de hormigón, y los
pilares sobre los que apoyan los arcos principales.
2. Estructura principal. Es la formada por el cuerpo principal de la edificación.
Está formada por grandes arcos de celosía atirantados.
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3. Estructura secundaria: cerchas en voladizo
1.3. Fases de construcción del edificio.
Sobre el aeropuerto existente (marcado en la figura 1 en verde), se despliega una
compleja estructura que soluciona de un paso la necesidad espacial que un
aeropuerto solicita.
Figura 1
En la primera fase de remodelación (marcada en la figura en azul) se construye una
estructura mediante arcos de celosía atirantados, que permiten grandes luces y sirven
de transmisores de las cargas que ejerce la cubierta sobre la estructura principal del
edificio. La cubierta se construye mediante un entramado de cerchas que sujeta unos
grandes lucernarios acristalados, realizados en celosía a base de montantes y
tensores.
Se entiende este edificio como tres estructuras hiperestáticas independientes, pero
que cuando actúan en conjunto, cada una de ellas se comporta isostáticamente en
referencia a las demás. Por esto mismo el trabajo de investigación se va a centrar en
el desarrollo estructural solo de esta primera fase de remodelación, interpretando que
la segunda fase (marcada en la figura 1 en rojo) de la intervención está realizada de
esta manera para complementar el cuerpo principal del edificio y aportar rigidez y
estabilidad a la nueva terminal.
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2. METODOLOGÍA.
En este apartado se van a enumerar los parámetros de la estructura que se van a
analizar, para así estructurar mejor la investigación del funcionamiento del edificio y
también para poder asimilar su comportamiento más fácilmente. Dicho esto, y tras la
breve introducción de los esquemas del apartado interior, se va a hacer el despliegue
de los temas a tratar:
2.1. Jerarquía estructural del edificio.
Se van a enumerar las distintas tipologías estructurales utilizadas en los distintos
órdenes para asimilar el funcionamiento estructural del edificio y averiguar cómo se
transmiten las cargas a los soportes.
2.2. Tipologías constructivas de los elementos estructurales.
En este apartado se tienen que explicar los distintos elementos estructurales de la
estructura, e intuir el comportamiento de cada “parte” del conjunto.
2.3. Tipologías de vínculos externos e internos.
Aquí se va a dividir la investigación en dos partes:
- Por un lado se explicará los vínculos externos de los distintos elementos
estructurales de tal manera que se entiendan las uniones de éstos con
elementos estructurales de mayor jerarquía, y también su vínculo con el
terreno.
- Por otro lado se explicarán las uniones entre elementos, donde se explicará el
sistema de nudos rígidos con los que se resuelve el sistema constructivo
empleado.
2.4. Forma de materialización constructiva de las distintas uniones.
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3. SISTEMA CONSTRUCTIVO DEL EDIFICIO.
Antes de profundizar el funcionamiento de la estructura creo que es de interés explicar
las distintas hipótesis que aparecieron a la hora de iniciar la jerarquización de la
estructura.
3.1. Hipótesis de funcionamiento de la estructura
HIPOTESIS 1:
En este caso el tensor de atado de la estructura trabajaría a tracción para impedir
el vuelco de la estructura principal por dos posibles motivos:
- Que el apoyo de la estructura secundaria rigidice mas el apoyo izquierdo del
arco que el derecho del mismo, o bien sea porque
- La accion del viento favorece el vuelco de la estructura, y se tense ese punto
para evitar el giro.
Esta primera hipotesis se va a descartar puesto que la estructura principal de los
arcos tiene su propio soporte que la sustenta sin existir riesgo de vuelco de la
estructura-cubierta.
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HIPOTESIS 2:
En este caso ese mismo tensor trabajaría a compresion para evitar que la
estructura soporte( en este caso el forjado y las costillas de hormigon) cargase
todo el peso del apoyo de la estructura principal en ese punto “no directo” de
transimision de cargas al terreno.
3.2. Tipologías estructurales utilizadas en los distintos órdenes.
5. Cubierta.
- cerchas
- tensores
4. Atirantados
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3. Apuntalamientos.
2. Arco de celosía.
1. Soporte de
hormigón sobre
estructura existente.
ESQUEMA INTUITIVO DE DIRECCION DE CARGAS.
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3.3. Tipología constructiva de los elementos estructurales.
El arco de celosía (estructura hiperestática) es el encargado de transmitir las cargas a
los apoyos, por lo que esta estructura principal trabaja a compresión, y las diagonales
trabajaran a tracción. En este caso al ser un arco con tres articulaciones, la reacción
en B tenga la dirección que marca el vector de unión entre las su punto de actuación y
la articulación del centro del arco, mientras que la reacción en A se obtendrá al hacer
la intersección de la dirección de las dos reacciones en la línea del vector P.
El acero se encarga de transmitir los esfuerzos, mientras que el hormigón es el
encargado de recibir los esfuerzos.
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3.4. Tipologías de vínculos externos e internos.
3.4.1. Vínculo con el terreno.
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NUDO 1:
Cercha forjado
Contacto terreno
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NUDO 2:
Este tipo de pilar sirve de transmisión de cargas de
los arcos al terreno. En la foto se puedo apreciar el
nudo de las vigas de atado metálicas con este
elemento estructural
NUDO 3:
NUDO 4:
Contacto terreno
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3.4.2. Uniones entre estructuras de mayor jerarquía.
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Las uniones entre elementos son casi todas por medio de pasadores, de tal manera
que se puedan permitir los movimientos por dilataciones.
NUDO 2:
Las cabezas de las cerchas de la estructura
secundaria que cubre el lado izquierdo de la
figura de arriba, van empotradas a los
elementos verticales del arco, del tal
manera que comparten “pilar”, por decirlo
de alguna manera.
NUDO 3:
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NUDO 4:
Aquí se muestran las placas de anclajes del arco
de celosía, el cual apoya en las costillas de
hormigón, que son las que reciben las cargas
para transmitirlas al terreno.
NUDO 5:
NUDO 6:
Esta figura muestra el perfil circular
de atado de todos los tensores que
atan el cuerpo principal de la
estructura.
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4. FORMA DE MATERIALIZACIÓN CONSTRUCTIVA DE LOS DISTINTOS
ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
El hierro es un compuesto ferroso con menos del 0.03 % de carbono y se caracteriza
por ser poco resistente.
A partir del mineral de hierro bruto se obtiene la fundición en altos hornos. Puede ser
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blanca (muy frágil) o gris (σ ≈ 1200 kg/cm ). La fundición es frágil, y su resistencia a
e
tracción es baja comparada con la del acero. Se usa sobre todo en piezas curvas poco
solicitadas, marquesinas y elementos decorativos, o en piezas demasiado
complicadas como para ejecutarlas mediante juntas.
EL ACERO ESTRUCTURAL.
El acero está compuesto por hierro puro + metaloides (C, S, P, Si) + metales variables
(Mn, Cr, Ni,...). Éstos últimos son los que le dan sus grandes propiedades. La cantidad
de carbono debe ser superior al 0.03 %, pero menor de 2 %.
Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono, en las que la proporción de carbono es
superior al 2 %.
PROCESO DE FABRICACION.
A partir del mineral de hierro (formado por óxidos de Fe y ganga) se obtiene en los
altos hornos el arrabio (hierro con un 4 % aproximadamente de carbono).
El arrabio es duro pero muy frágil (interesa más un material dúctil, que “avisa” de su
estado tensional); para reducir el % de carbono sin perder resistencia, se afina el
arrabio en convertidores (se quema el carbono sobrante), obteniéndose el acero en
bruto con un % de carbono en torno al 2 %.
Posteriormente se vierte en lingoteras para su enfriamiento y posterior acabado. El
proceso de acabado puede ser por: forja, moldeo, trefilado o laminación; para ello se
calienta previamente (o bien viene directamente del convertidor mediante un proceso
de colada continua, con lo que se evitan las lingoteras, el desmoldeado y posterior
calentamiento). Tras este proceso se pueden aplicar tratamientos térmicos (templado,
recocido, revenido...) para alcanzar las propiedades mecánicas y químicas deseadas.
El acero más empleado en la construcción es el laminado.
El laminado consiste en transformar el acero en bruto a alta temperatura en elementos
de formas dadas usados en la construcción, para ello se usan laminadoras (máquinas
herramienta de alta potencia) esencialmente formadas por cilindros paralelos.
Las laminadoras se disponen en trenes de laminación, transformando el acero en
forma progresiva con un cierto número de pasadas.
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Este proceso mejora sensiblemente las cualidades del acero (elimina imperfecciones
del lingote, oquedades...) alargando los cristales de acero en la dirección de la
laminación. El acero resultante es bastante homogéneo, sin embargo tiene unas
propiedades mecánicas inferiores en la dirección transversal a la laminación.
Sus cualidades de resistencia a compresión, tracción y cizalladura son muy altas, con
buenas cualidades de elasticidad y dilatación.
Otros aceros:
- Moldeado: se solía usar para elementos de formas complejas, difíciles de obtener
con uniones remachadas o atornilladas. La aparición de la soldadura ha reducido
mucho su uso. Hoy se usa en piezas muy cargadas y con posibilidad de giro o
deslizamiento sobre otras (por ejemplo aparatos de apoyo).
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Presenta problemas de falta de homogeneidad, debiéndose radiografiar o
comprobar por ultrasonidos las piezas.
Tiene mayor resistencia a tracción y flexión que la fundición pero mucho menos
que el acero laminado.
- Forjado: se trabaja sobre el acero en caliente por aplastamiento con un martillo pilón.
Su uso se limita también a zonas especiales con esfuerzos altos y complejos
(apoyos). Presenta una buena homogeneidad y resistencia.
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- Trefilado: tienen alta resistencia (σ ≈ 12000 a 18000 kg/cm ). Se usan en cables de
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construcción y hormigón pretensado.
PROCESOS BÁSICOS DE FABRICACIÓN Y MONTAJE EN TALLER.
Las operaciones básicas se pueden agrupar en: trazado y corte, empalme,
enderezado, taladrado, armado, soldadura, repasos y pintura.
• Trazado y corte: el trazado es la fase preparatoria del corte, si el corte es recto se
controla mediante topes, en el caso de cortes con forma se suelen realizar por
control numérico o con fotocélulas que siguen figuras trazadas a escala o tamaña
natural.
Sistemas de corte para perfiles:
- Sierras circulares de disco abrasivo.
- Sierras circulares de disco metálico de alta velocidad o baja velocidad.
SIERRA CIRCULAR DE DISCO METALICO
DE ALTA VELOCIDAD
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SIERRA CIRCULAR DE DISCO METALICO
DE BAJA VELOCIDAD
SIERRA CIRCULAR DE DISCO METALICO
DE BAJA VELOCIDAD Y EQUIPO
AUTMATICO DE MEDIDA
- Oxicorte: se aplica en todos los cortes con forma, pero su uso en perfiles es
complicado.
• Enderezado: se usa para corregir deformaciones en perfiles o chapas debidas al
almacenaje, transporte, fabricación, deformación por calor, empalmes... Se puede
realizar por conformación mecánica o térmica. Los mejores resultados se obtienen
en frío con prensa o trenes de rodillos
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Plegado: se aplica a chapas planas con prensas, y puede ser a fondo con
espesores bajos o al aire con espesores medios y altos:
PLEGADO AL AIRE
PLEGADO A FONDO
Se deben respetar unos radios mínimos y el plegado debe realizarse en dirección
perpendicular a las fibras de laminación para evitar la aparición de fisuras:
PLIEGUES RECOMENDADOS
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Curvado: por medio de sistemas de 3 o 4 cilindros.
MAQUINA CURVADORA
Punzonado y taladrado: para la apertura de tornillos. El problema básico es
un trazado que garantice la precisión de las posiciones de ejes. Los sistemas
básicos son el perforado simultáneo o los equipos automáticos de trazado y
perforado
PUNZONADORA
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PUNZONADORA DE CABEZALES MULTIPLES
EQUIPO AUTOMATICO DE TALADRO EN HORIZONTAL Y VERTICAL
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Armado o ensamblado: operación de unir piezas semielaboradas para
conformar una unidad de envío a obra. El armado puede ser desde una
operación muy sencilla como colocar cartelas o rigidizadores, a una operación
muy compleja en la que se unan perfiles y chapas con múltiples soldaduras.
Entre los sistemas automáticos destacan los equipos de ejecución de vigas
armadas
EQUIPO DE ARMADO
OPERACIÓN DE POSTDEFORMACION TRAS LA SOLDADURA DE UN ENSAMBLADO
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