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CONSTRUMETAL 2010 – CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUÇÃO METÁLICA São Paulo – Brasil – 31 de agosto a 2 de setembro 2010 PROYECTO Y EJECUCIÓN DE CUBIERTAS DE GRANDES LUCES PARA ESTADIOS EN ARGENTINA. Ing. José Gómez / Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero Mecánico Ing. Héctor Ruffo/ Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero Civil 1. INTRODUCCIÓN En los últimos años en Argentina se han realizado una importante cantidad de proyectos de cubiertas de grandes luces para cubrir espacios con fines deportivos o de grandes eventos. Una importante particularidad de estos proyectos es que varios de ellos se gestan para cubrir instalaciones existentes como estadios, anfiteatros, velódromos, etc. La empresa Cinter participó en el desarrollo de la ingeniería y ejecución de muchos de esos proyectos, concretando la fabricación y el montaje de 5 de ellos. En el desarrollo de esta presentación se destacará el proceso de ingeniería de las cubiertas más complejas, como ser la de un estadio de 120m de luz con cubierta corrediza o la de un anfiteatro de 105m de diámetro. En el caso particular de las cubiertas sobre instalaciones existentes, se resaltará la importancia del análisis de la interacción entre las estructuras ya ejecutadas y las nuevas, llegando en uno de los casos a ser necesario el modelado y ensayo del comportamiento en túnel de viento, para conocer la distribución de las presiones sobre la misma. Palavras-chaves : Estádios, estrutura de aço, montagem, túnel de vento.

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CONSTRUMETAL 2010 CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUO METLICA So Paulo Brasil 31 de agosto a 2 de setembro 2010

PROYECTO Y EJECUCIN DE CUBIERTAS DE GRANDES LUCES PARA ESTADIOS EN ARGENTINA.Ing. Jos Gmez / Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero MecnicoIng. Hctor Ruffo/ Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero Civil1. INTRODUCCINEn los ltimos aos en Argentina se han realizado una importante cantidad de proyectos de cubiertas de grandes luces para cubrir espacios con fines deportivos o de grandes eventos. Una importante particularidad de estos proyectos es que varios de ellos se gestan para cubrir instalaciones existentes como estadios, anfiteatros, veldromos, etc.

La empresa Cinter particip en el desarrollo de la ingeniera y ejecucin de muchos de esos proyectos, concretando la fabricacin y el montaje de 5 de ellos.

En el desarrollo de esta presentacin se destacar el proceso de ingeniera de las cubiertas ms complejas, como ser la de un estadio de 120m de luz con cubierta corrediza o la de un anfiteatro de 105m de dimetro.

En el caso particular de las cubiertas sobre instalaciones existentes, se resaltar la importancia del anlisis de la interaccin entre las estructuras ya ejecutadas y las nuevas, llegando en uno de los casos a ser necesario el modelado y ensayo del comportamiento en tnel de viento, para

conocer la distribucin de las presiones sobre la misma.Palavras-chaves : Estdios, estrutura de ao, montagem, tnel de vento.

Fig. 1 Cuatro proyectos de grandes luces en Argentina.2. ESTADIO ORFEO Crdoba.2.1- Descripcin general de la estructuraSe trata de un estadio cubierto con capacidad para 7000 espectadores sentados. Las dimensiones mximas en planta y luces libres del mismo son 96 metros de largo por 74 metros de ancho.

La estructura de cubierta fue diseada ntegramente de acero. La misma consta de un marco de vigas reticuladas principales cruzadas de 5 y 6 m de altura, que cubren las luces mximas antes mencionadas y sirven de apoyo a un sistema de vigas secundarias tambin reticuladas de una altura mxima de 3 m. Toda la estructura secundaria de cubierta apoya perimetralmente al estadio sobre un muro de hormign armado.

Uno de los aspectos interesantes a destacar en esta obra es la diferente tipologa de vigas utilizadas. Mientras las vigas principales se generan con cordones de perfiles doble T armados, de 1 metro de alto por 50 cm de ancho de ala, y diagonales con perfiles ngulo, las vigas secundarias estn compuestas por elementos de secciones delgadas conformadas en fro. Los dos tipos de vigas se arman mediante abulonado. En el caso de las vigas principales el armado se realiza en obra, condicin indispensable del proyecto para facilitar el transporte desde el lugar de fabricacin en Santa Fe hasta la ciudad de Crdoba. Las vigas secundarias son transportadas armadas en tramos de 12 metros de longitud.

Constructivamente, las vigas principales longitudinales de 96 metros de luz y transversales de

76 metros de luz, se disearon en funcin de las posibilidades constructivas y de transporte de la empresa, realizndose una estructura que recurre a soluciones inditas en el mercado.

Dado su altura (6 metros) se opto por una solucin reticulada, con cordones, diagonales y montantes totalmente abulonados.

Los cordones, que toman esfuerzos del orden de las 5oo tn, se realizaron de seccin doble T soldada, de 1000 mm de alma y 500 mm de ala, en espesores de 19 y 25.4 mm, en tramos del orden de los 12 metros, por razones constructivas y de transporte, abulonados entre s mediante uniones por rozamiento (slip critical).

Las diagonales y montantes se realizaron en base a doble ngulo, abulonadas a cada una de las alas de los cordones, con rompetramos que aseguran su estabilidad.

Las vigas secundarias de 75 metros de luz quedaron divididas en 3 tramos, por razones de transporte, y se llevaron a la obra prearmadas. Tienen una altura mxima de 3.6 metros y se

construyeron con cordones, diagonales y montantes de perfiles conformados en fro, en nuestra empresa, siendo un diseo estructural propio de Cinter.

Las vinculaciones de los distintos elementos de las estructuras son totalmente abulonadas, con bulonera ASTM A picol325.

La estructura, tanto en las vigas principales como en las secundarias posee patines de apoyos que permiten cambios de longitud debidas a las acciones trmicas y climticas, realizados en tefln/acero inoxidable.

2.2- Anlisis estructural, ingeniera de detalle y fabricacin.El anlisis estructural se realiz mediante el modelado de la cubierta completa en 3D con un software comercial de elementos finitos. Para el dimensionado se siguieron los lineamientos de AISC (ASD) y, de AISI, para el caso de las secciones delgadas.

Fig. 2 Modelo de elementos finitos de la estructura de cubierta.Para realizar la ingeniera de detalle de la estructura principal (modelo completamente realizado en 3D) se utilizo el software de Tecla Inc X-Steel. Una vez completado el modelo

3D, se obtuvo en forma automtica los planos de fabricacin de las partes, los planos de

armado, los archivos CNC para perforado de perfiles, lista de materiales, lista de bulones, y se realizaron los planos de montaje, en vistas, plantas, detalles e isometras.

2.3- Aspectos ms importantes del procedimiento de montajeEl montaje requiri de un detallado estudio, para lograr que las condiciones del diseo se vean reflejadas en la realidad, por tratarse de una estructura totalmente hiperesttica.

Al efecto de verificar los elementos estructurales principales, se realizo un pre-armado en

fbrica a cargo del mismo equipo de montaje que hara posteriormente el montaje de obra.

Fig. 3 Premontaje de parte de la estructura principal en taller.A los fines del montaje, la estructura principal se subdividi en 12 partes, correspondiente 8 de ellos a los encuentros de las esquinas, 2 a los lados largos y 2 a los lados cortos. Los empalmes de los cordones fueron abulonadas e inspeccionados al 100%, por ser uniones por rozamiento (Slip Critical)

Los tramosse armaron en posicin horizontal (acostados) dentro de la pista del Estadio, vinculando los cordones superior e inferior mediante las diagonales correspondiente, materializndose la unin mediante bulones calidad ASTM A-325, que se llevan al apriete correspondiente una vez que todos los elementos del tramo hayan sido perfectamente alineados y verificados en cuanto a material y dimensiones.

En la secuencia de montaje se consider primero montar las vigas de las ochavas y luego las vigas centrales, para esto se utilizaron cuatro torres provisorias de cao reticuladas de 22 metros de alto, que dieron apoyo a las vigas de las ochavas con una capacidad de 80 tn, provista de un dispositivo de nivelacin mecnico-hidrulico, que permiti una vez montadas

las partes de la estructura principal y secundaria que formaban el conjunto hiperesttico, llevarlas a la geometra requerida por los clculos, previo ajuste de todos los elementos.

Fig. 4 Izaje del tramo central de la viga de 96m de luz desde el interior del estadio.Las cuatro vigas se fijaron a unas vigas de hormign en ocho puntos mediante pernos de anclaje y posteriormente se realizo un grouting (el apoyo es deslizante, son placa de tefln y patn de acero inoxidable). La estructura se completo con vigas tipo Cinter de perfiles conformados, con cordn superior de forma curva.

Las 34 vigas laterales se abulonaron en un extremo a la viga principal y en el otro a un muro perimetral mediante brocas qumicas (con apoyo de grilln) y el posterior grouting.

Una vez completada la estructura, se desafectaron las 4 torres provisorias, valindose de los gatos hidrulicos previstos al efecto, a fin de lograr un descenso controlado de la estructura hastaquelastorresquedaroncompletamentedescargadas,verificndosequelas deformaciones elsticas originadas por las cargas presentes hasta el momento, estaban acordes a lo previsto en el clculo, cuestin que corrobor lo correcto de los procedimientos empleados.

3. ESTADIO POLIDEPORTIVO - Formosa.3.1- Descripcin general de la estructuraSe trata de una estructura de acero destinada a cubrir un estadio polideportivo para la ciudad de Formosa, en la repblica Argentina. La cubierta completa tiene un peso de 400 tn, con una superficie de 6000 m2, con luces de 89 x 66m.

El sistema estructural se compone de un gran emparrillado de vigas principales reticuladas apoyadas sobre 14 columnas perimetrales. Los espacios generados entre vigas principales se completan con un sistema de vigas secundarias que son continuas y tambin aportan rigidez al sistema general. Para dar apoyo apropiado a la cubierta propiamente dicha se disponen correas de perfiles conformados en fro sobre las vigas secundarias antes mencionadas.

Las columnas perimetrales, dispuestas 4 en los laterales largos y 3 en los cortos, que poseen una leve inclinacin hacia el exterior de 14 respecto de la vertical, son de seccin circular de

760mm de dimetro, con una altura mxima de 24,4 m. Dndole apoyo a las mismas, se disponen una suerte de contrafuerte por cada una a excepcin de las centrales debido a los accesos de emergencia. Estos contrafuertes se conforman de tubos de dimetro 600mm y una longitud de 24m. Tanto este elemento secundario como la columna principal, se anclan a una fundacin existente mediante un sistema de anclajes con resina epoxi.

Fig. 5 Detalle del sistema resistente principal.El sistema emparrillado se compuso de vigas reticuladas de altura variable, con un mximo de aproximadamente 6,40 m. Todo este sistema se encuentra empotrado a las columnas principales y su seccin transversal se compone con cordones tipo T y diagonales y montantes de seccin doble ngulo empresillado. Dada su altura, estas vigas debieron ser armadas en

obra mediante uniones abulonadas entre elementos con bulones de alta resistencia y algunas uniones particulares con caractersticas del tipo Slip Critical.

Las vigas secundarias son reticuladas con perfiles de seccin conformada en fro, de pequeos espesores, con nudos abulonados. Todas estas vigas se armaron en taller.

El sistema de la estructura de cubierta se completa con las correas para dar apoyo a la aislacin trmica e hidrulica conformada mediante panel doble chapa y espuma de poliuretano como aislante intermedio.

La obra se completo con una serie de pasarelas en el permetro central, con 70 m de longitud, para mantenimiento de la estructura e iluminacin del estadio central, ms un permetro exterior de pasarelas sobre la cubierta, de longitud total de 300m, para mantenimiento de la misma y de las canaletas y bajadas pluviales.

Fig. 6 Cortes transversales y longitudinales tpicos de la estructura principal.3.2- Ingeniera de Detalle y de fabricacinPara el anlisis estructural y dimensionamiento de las piezas se realiz un modelo en 3 dimensiones de elementos finitos de barras. La ingeniera de detalle para la elaboracin de los planos de fabricacin se llev adelante mediante un modelo en 3 dimensiones con el software Tekla Structures que permite analizar al detalle cada unin desarrollada.

Fig. 7 Vista general del modelo realizado en Tekla Structures3.3- Procedimiento de montajeDebido a las grandes luces de la estructura y a la particularidad del emparrillado donde cada viga apoya sobre las dems, el montaje de la cubierta debi realizarse mediante apoyos intermedios provisorios.

El procedimiento de montaje utilizado, se baso en mantener las hiptesis de diseo contempladas en el clculo, para lo cual se deba montar la estructura en forma completa antes de que sea solicitada. En definitiva, se planteo la necesidad de mantener la estructura apoyada en una serie de puntos hasta tanto no se completen TODOS los elementos de la misma. Los puntos de apoyo seleccionados fueron lgicamente las 12 intersecciones de vigas reticuladas principales. Para dar sustento a estos puntos se fabricaron 12 torres de apeo provisorias, a empalmar de a dos tramos en la obra, ubicadas segn un exacto replanteo definido previamente por Ingeniera.

Fig. 8 Foto durante el montaje de la estructura secundaria.Para asegurar que los procedimientos descriptos pudieran llevarse a cabo y detectar posibles inconvenientes previo a la obra, se realizo en planta un premontaje de un sector representativo de la estructura. En concreto se premont una esquina de la cubierta, donde ya se utilizaron vigas principales, secundarias, columnas y un apoyo central extra simulando una de las torres

necesarias, siendo este sector adems la zona de partida para el montaje final.

Fig. 9 Vista interior del estadio finalizado4. CUBIERTA ANFITEATRO VILLA MARIA Crdoba.4.1- Descripcin general de la estructuraLa estructura corresponde a una cubierta nueva, en forma de domo hexagonal, con medidas generales de aprox. 105,00 m entre aristas (95,00 m entre lados paralelos) por aprox. 23,50 m de altura en su punto central ms elevado.

La estructura resistente se conforma principalmente por seis sectores triangulares de cilindro que se interceptan entre s en dos sus lados y confluyen en un punto central en el vrtice de los tringulos. Los seis sectores son idnticos entre s, su estructura est conformada por dos vigas principales longitudinales de apeo, reticuladas en cajn, de altura aproximada h = 3,00 m, formada por dos cordones de seccin doble T electrosoldados con diagonales y montantes verticales de perfiles laminados tipo L dobles y cudruples abulonados.

Fig. 10 Esquema 3d estructura principalFig. 11 Planta de cubierta. Dimensiones principales.Su luz final es de 105,00 m entre aristas conformando un emparrillado en forma de cscara hexagonal; sobre ellas se apoyan vigas transversales reticuladas curvas formadas por perfiles de chapa fina conformados en fro totalmente abulonados, de tres alturas diferentes de

acuerdo a los requerimientos estructurales, h = 2,50 / 2,25 / 2,00 m, disminuyendo hacia el centro en concordancia con su luz entre apoyos. Estas vigas se encuentran ubicadas en planta cada aprox. 2,30 m y su luz es variable, ya que unen las vigas de apeo longitudinales, aumentando esta dimensin desde el centro del domo hacia los laterales.

Fig. 12 Gajo tipo de sector triangular del hexgono

Fig. 13 Vista de prticos de apeos principalesLa cubierta en si forma una estructura tipo cscara que es rigidizada en sus planos superior e inferior mediante cruces de San Andrs para que sea capaz de transmitir los esfuerzos laterales, que sobre ella actuaran, a las columnas. Las columnas son de la misma tipologa reticulada que las vigas de apeo ya que continan con su lnea.

4.2- Anlisis estructural. Ensayo en tnel de viento.Debido a la complejidad de las formas, a la interaccin entre las construcciones existentes y la nueva cubierta y a que es una estructura abierta a la orillas del ro, se hace muy difcil establecer las acciones de viento sobre la estructura mediante los mtodos simplificados indicados en la normativa habitual. Para el anlisis estructural del anteproyecto se realiz una primera aproximacin de estas acciones mediante extrapolaciones conservadores de algunos casos indicados en los reglamentos que podran asimilarse a este. Ya en la etapa del proyecto ejecutivo se procedi a realizar un anlisis en tnel de viento para definir los coeficientes de presin actuantes en el extrads y en el intrads de la cubierta.

A fin de evaluar las caractersticas aerodinmicas de la cubierta del anfiteatro, se ha construido un modelo a escala 1:125 del mismo, en el que se ha reproducido la forma general de la cubierta, las gradas y las construcciones propias del anfiteatro. Dado que se trata de un modelo de ensayos aerodinmicos, no es necesario reproducir fielmente a escala todos los detalles de la construccin real, bastando con reproducir solamente aquellos que definen el

comportamiento aerodinmico del modelo.

Fig. 14 Imgenes de la construccin existente y de la cubierta en el modelo para ensayo en tnel.El modelo de ensayos ha sido instrumentado 126 tomas de presin, dispuestas de manera que hay 21 en cada uno de los seis sectores de la cubierta. En tres de los 6 sectores las tomas se encuentran en el intrads y en los otros 3 en el extrads, dispuestos de forma alternada. El modelo se ha construido de forma que el anfiteatro pueda girar con respecto a la cubierta. De este modo se aprovecha la simetra que presenta la cubierta.

5. CUBIERTA ESTADIO PARQUE ROCA Buenos Aires5.1- Descripcin general de la estructuraSe trata de una estructura diseada para cubrir totalmente la construccin actual de las canchas de tenis y tribunas que la rodean, incluyendo las reas perifricas de servicios. En la figura siguiente se pueden apreciar las instalaciones actuales que se pretenden cubrir con este proyecto.

Fig. 15 Vista de las instalaciones actuales a cubrir.Las luces a cubrir son de aproximadamente 120m en sentido longitudinal y 96m en sentido transversal. Como condicin de diseo, dadas las caractersticas de los deportes a practicar en su interior, se solicit que una parte de la cubierta sea corrediza a fin de dejar una abertura al aire libre de 50 x 30 m.

Bajo esta premisa se diseo una estructura, que por razones de espacio deba estar apoyada en

8 puntos situados en el permetro exterior de las tribunas existentes.

Dadas las importantes solicitaciones de flexo compresin a las que estn solicitadas dichas columnas, se dimensionaron reticuladas, de planta cuadrada de 2750 mm entre ejes, construidas en base a caos de acero con costura, totalmente soldadas.

Terminan en una pirmide en la cual apoyan las vigas principales de la estructura, en forma articulada.

La estructura principal de la cubierta consta de 4 vigas cruzadas, del tipo reticuladas.

Su altura es del orden de los 7500 mm entre ejes de cordones. Estos dada las altas solicitaciones a la que se ven sometidos, se ejecutaron en seccin doble T electrosoldada. La luz entre apoyos en el sentido longitudinal es del orden de los 120 m y en el sentido transversal de 96 m.

La vinculacin entre cordones se ejecuto con diagonales y montantes de perfiles ngulo, en ejecucin doble o cudruple segn la solicitacin. Todas las conexiones son abulonadas con

tornillos tipo ASTM A 325. Los empalmes de los cordones son del tipo antideslizante (slip critical) y el ajuste se realiza mediante el mtodo del giro de la tuerca.

Fig. 16 Vista general y detalles de la estructura principal.Las vigas principales soportan todo el sistema de vigas secundarias, que a su vez soportan las correas de cubierta.

Las vigas secundarias, tambin son reticuladas, con cordones de seccin T y diagonales de doble ngulo, todas abulonadas a los cordones. Su altura es variable, teniendo la parte recta

2.5 m de canto, altura que va disminuyendo hacia los bordes donde termina en cero.

Sobre las vigas secundarias, se fijan las correas que son perfiles conformados en frio, de seccin C.

Toda la cubierta esta rigidizada mediante arriostramientos en cruz, a fin de generar un plano rgido que redistribuya los esfuerzos originados por el viento y las acciones dinmicas generadas por el accionamiento mecnico del techo corredizo. La estructura de las dos partes de la cubierta corrediza, tambin est diseada en base a vigas reticuladas similares a las secundarias de cubiertas, y tienen dos laterales diseados segn las especificaciones del fabricante del accionamiento, a fin de poder integrar este mecanismo sin problemas.

Sobre las vigas principales longitudinales se apoya la estructura soporte de las vigas carrileras, sobre las cuales se desliza la parte mvil de la cubierta.

A los fines de mejorar el comportamiento global de la estructura, se procedi a colocar un anillo perimetral pretensado sobre la cabeza de las columnas.

Se previeron adems, las acciones del futuro cerramiento lateral, a realizar en una segunda

etapa, descargando acciones sobre todo el permetro de la estructura.Fig. 17 Vista general y detalles de la estructura secundaria de cubierta.

Fig. 18 Detalle del sistema de traslacin para las 2 partes centrales de la cubierta.5.2- Ingeniera del proyectoSi bien esta obra no se ejecut, Cinter fue la empresa ganadora de la licitacin realizada por la ciudad de Buenos Aires para la realizacin de este proyecto. La ingeniera desarrollada para dicha instancia const de un anlisis muy detallado del comportamiento estructural de la cubierta y de las acciones que la parte mvil transfieren a la estructura principal. Se realizaron modelos en tres dimensiones con elementos finitos de barras como se puede ver en la figura

19.

Fig. 19 Modelos de elementos finitos con la cubierta central en sus 2 posiciones extremas.

Fig. 20 Imgenes virtuales 3d.