Cerramiento exterior de la ampliación del Museo Reina Sofía (Madrid) y Torre UPV (Valencia)

Alta aplicación de los composites en la construcción

Juan Manso García. Asesor técnico del plástico Aimplas.01/08/2006
Este artículo está basado en una ponencia de las presentadas en las 17 Jornadas de Materiales Compuestos organizadas por el Centro Español de Plásticos por Juan Manso García, asesor técnico del plástico Aimplas. Durante la conferencia presentó dos aplicaciones de los materiales compuestos en el sector de la construcción civil, “que indudablemente han de marcar un antes y un después, pues cada una, en su género, son toda una referencia”.
La ponencia comenzó revisando una obra que por varias razones, es casi irrepetible: un edificio singular, como el Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía, situado en el mismo centro de Madrid, y que el arquitecto francés Jean Nouvel ha concebido en composites, tras descartarse otras opciones debidas a las exigencias de la obra, como más tarde comentaremos.

La otra obra es también todo un referente porque supone la consagración de los composites como materiales estructurales, en competición directa con el acero y el hormigón armado. Además, se sitúa en Valencia, ciudad que nos acoge por primera vez en estas 17 Jornadas de Materiales Compuestos y por si fuera poco, nos preside, pues está situada a escasos metros de este magnífico Paraninfo de esta Universidad Politécnica de Valencia. Es la Torre de la UPV.

Ambas realizaciones, distintas pero a cual más interesante, serán fermento de nuevas obras que ampliarán el horizonte de los materiales compuestos en este incipiente siglo XXI: sólo estamos en el inicio.

Razón y ser de los composites en dos realizaciones singulares

La elección de los materiales compuestos en estas dos realizaciones ha sido muy meditada y pensada, porque el conocimiento y experiencia sobrada de materiales alternativos es un factor muy a tener en cuenta.

Al final, los composites han sido los elegidos y lo han sido porque además de presentar unas notables cualidades, han sido fiables y encontrados aptos a través de numerosos ensayos y pruebas y finalmente, que es muy importante, por resultar a un precio muy competitivo.

En ambas realizaciones, y esto es algo a destacar, se ha contado con un equipo de profesionales con muy alta preparación técnica, con gran entusiasmo y decisión, y lo que es un factor muy importante, una gran imaginación. Cuando se marcha en vanguardia, como en estos casos, surgen de continuo cantidad de problemas nuevos que hay que saber sopesar y solucionar y aquí la imaginación es clave, porque lo tradicional no sirve.

Entre los puntos singulares que aportan los composites, destacan: una gran ligereza y resistencia, excelente acabado superficial, ausencia de mantenimiento, resistencia de fatiga, manipulación de los mismos en obra y libertad de diseño máxima.

Nunca un arquitecto, ingeniero, diseñador, constructor o técnico en general, ha tenido en su mano un material con tantas posibilidades como los que acompañan a los materiales compuestos, por tanto, le brindan una libertad y capacidad de diseño únicas.

Ampliación del Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía

La ampliación del Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía nace de la necesidad de contar con un mayor espacio para desempeñar una serie de funciones artísticas que demanda la sociedad actual y que son imposibles de lograr en el emplazamiento del actual museo, saturado en sus posibilidades.

Se dispone de un solar anexo al museo actual, colindante a tres calles, ronda Atocha, calle Argumosa y calle Hospital. La cuarta fachada linda con el Museo Reina Sofía, una construcción clásica madrileña con no menos de dos siglos de historia, la antigua Facultad de Medicina de Madrid.

El nuevo edificio debería contar con biblioteca, sala de exposiciones temporales, un gran auditórium, talleres, así como cafetería, servicios y dos sótanos. A este proyecto concurren numerosos arquitectos de todo el mundo, siendo el ganador el prestigioso arquitecto francésJean Nouvel, autor de emblemáticas obras en todo el mundo.

El proyecto ganador presenta una característica sobresaliente: el encadenamiento de sus superficies, que se extienden sin solución de continuidad, desde la cubierta, las cuatro fachadas, la parte inferior, (que constituye el techo de la planta baja) las dos grandes pantallas de apoyo, a modo de dos enormes quillas y los falsos techos de los forjados mencionados.

Confieso que la primera vez que visité la obra, sentí la sensación de estar perdido, porque da la impresión de estar ante un gigantesco laberinto, con 5.000 metros cuadrados de superficie.

Prácticamente no existen zonas planas. Esta es la gran novedad y la dificultad que supone conseguir los acuerdos de todas sus partes, definidas por sucesivos y diferentes radios de curvatura. Baste decir que las superficies regladas, con doble curvatura, alcanzan el 80% del total.

Esto se traduce en que el despiece final ha generado más de 600 tipologías distintas de paneles para un total de 1.200 piezas de revestimiento, todas ellas en composite cuyo detalle analizaremos posteriormente.

Este era el reto de Jean Nouvel, y a él acudieron diversos materiales, como ladrillo conformado, paneles de matrices cementicias, reforzados con vidrio (GRC), etc., pero por razones estéticas o por imperativos técnicos, fueron rechazados por el arquitecto.

La planta baja del edificio consta de cerramientos de muro cortina acristalado con un núcleo de escaleras de acero y vidrio situado en la fachada principal de la calle Ronda de Atocha.

El auditórium, alarde de composites de un gran atractivo sobresale del edificio en sus 4/5 partes a través de aberturas en su forjado superior, también acristaladas, y se apoya en las dos pantallas curvas indicadas anteriormente, a modo de dos quillas.

Las superficies acristaladas permiten por una parte introducir y conducir al visitante al interior del edificio y al mismo tiempo le permiten apreciar todo el conjunto, con acceso a todas sus partes.

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Figura 1. Panel

Solución composite

La solución del proyecto de Jean Nouvel, pensamos que la única posible, era trabajar el composite con una tipología que llamaríamos “cáscara”, porque la cáscara (imaginemos de un coco) confiere varios atributos: es continua, es ligera y es resistente porque trabaja en doble curvatura.

Y en nuestro caso, exclusiva del composite, actúa como espejo, reflejando figuras, edificio contiguos, la circulación de la calle, etcétera.

Personalmente he quedado fascinado por el juego de luces y sombras, colores y figuras que es capaz de reflejar el material compuesto, trabajando como aquí se ha hecho, con tecnología punta y a lo que han contribuido grandemente dos personas, el responsable técnico de la solución composite, Enrique Márquez González de DYC-ACS, y el fabricante de los paneles, Pedro Guijarro de Composite Guimar, empresa situada en Manzanares a 100 km de Madrid.

Diseño por ordenador

El problema más grave era la definición geométrica de los planos de taller y montaje, lo cual se resolvió aprovechando las prestaciones de un programa usual en aeronáutica y automoción denominado CATIA.

Este programa define un modelo virtual que trasladado a un lenguaje de control numérico, permite el tallado a escala sobre un bloque de madera, del sólido envolvente del auditorio, es decir, de nuestra cáscara en composite. Sobre ella, el equipo de diseño, comprueba las

superficies y encuentros resultantes, realiza las correcciones que estima oportunas y señala los criterios generales de despiece.

Con estas modificaciones se realiza un nuevo modelo virtual - en principio definitivo. En el se señalan todas las líneas de tangencia de las distintas superficies, optimizando el despiece de los planos resultantes para conseguir los modelos más repetitivos y relativamente sencillos, dentro de la enorme complejidad del conjunto.

Como referencia diremos que el número de metros cuadrados de molde superan los 200 y debido precisamente a esta formidable herramienta que es el Catia, cada molde puede trabajar varios paneles “distintos pero de la familia”. Es la única solución para hacer viable económicamente la fabricación y por ende, esta solución de “molde familiar”, ha condicionado la fabricación en sí como comentaremos más tarde.

Los paneles de superficie de generatriz curva y directriz recta o curvas muy simples, las plantillas en uno o dos sentidos se realizan con Autocad 3D y de ahí a modelos por parte de ebanistas especializados.

Los paneles de mayor complicación, el Catia, como hemos dicho, lo pasará a tornos de control numérico que actuarán sobre los tochos de madera. Una vez torneado el modelo, se enmasilla, pule y protege y ya está listo para fabricar el molde.

Molde

Se ha fabricado en resina fenólica y fibra de vidrio. La razón de usar esta resina es porque proporciona una excelente robustez necesaria para soportar las tensiones que por temperatura y retracción se producen durante el proceso de curado del poliéster.

Como ya sabemos, la relación modelo-molde es total. Todos los planos de montaje y taller se obtienen a partir de la segunda maqueta virtual. La contribución de la herramienta Catia en la fabricación del modelo-molde ha sido clave, pues nos permite realizar secciones del

sólido generado con cualquier tipo de superficie, a modo de tomografía, obteniendo la línea exterior de cada intersección en su verdadera magnitud aunque sin definir espesores ni relaciones con los planos adyacentes. Estas líneas se pasan a Autocad 3D y sobre ellas se

añaden los espesores de panel, cáscaras, aislamiento, etc., permitiendo la elaboración de planos en planta, alzado y sección.

Sobre los planos elaborados se miden las cuerdas y arcos de su perímetro, la situación ortogonal de sus cajeados, anclajes metálicos, es decir, definir todo lo que conlleva un panel. Esto permite disponer de referencias claras para el replanteo de los bordes laterales sobre los moldes así como la situación precisa de los puntos de anclaje tanto en los paneles como en obra.

Este desarrollo permite la combinación de técnicas CAD-CAM propias de la industria aeronáutica, sin tener que hacerlas extensivas a todos y cada uno de los paneles, lo que hubiera supuesto unos costes y plazos imposibles de asumir.

Conviene recordar que las series de fabricación industrial oscilan desde antenas de unidades idénticas, en aviación por ejemplo, hasta cientos de miles en automoción, y los edificios singulares, como en nuestro caso, piezas únicas e irrepetibles.

Fabricación del panel de composite

Una vez obtenidos los modelos y sobre éstos los moldes, vayamos al panel que es lo que vamos a ver y tocar en forma de edificio terminado.

Se han elegido una resina poliéster ortoftálica autoextinguible que cumple las condiciones de protección al fuego requerida.

Sobre el molde de resina fenólica – fibra de vidrio perfectamente preparado, se da desmoldeante y después una primera capa de MAT con resina ortoftálica que se dejará curar. Después se postcura en horno y se vuelve a laminar repitiéndose la operación una tercera vez. Se trata de que controlemos al máximo las contracciones del laminado, repasándolo si es necesario para lograr una superficie totalmente lisa.

Una vez fabricada la piel exterior del panel, se da una mano de resina y se superpone un panel de 45 mm de espesor de espuma de poliisocianurato con una capa de fibra de refuerzo, cerrándose el conjunto con una bolsa de vacío, absorbentes, selladores, etc., al más puro estilo aeronáutico. Una vez polimerizado el conjunto, se disponen los anclajes en los puntos determinados y se laminarán otras dos capas más de refuerzo.

Ya tenemos estructuralmente el panel, que podrá tener en su mayor dimensión hasta 3,60 x 1,60 m sin presentar problema alguno de deformación.

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Figura 2. Montaje

Terminación del panel

Debido a la fabricación de “moldes familiares”, desechamos desde el principio la utilización de gel coat sobre molde; esto hubiera supuesto un tiempo de utilización de molde exagerado pero sobre todo la imposibilidad total de un correcto acabado motivado por la técnica de utilización del molde familiar; el gel-coat hubiera quedado marcado, inadmisible por Jean Nouvel.

El camino a seguir es otro que consiste en aplicar un método similar al desarrollado para paneles con matrices de conglomerado hidráulicos, consistente en sucesivas imprimaciones, lijados, capas de pintura nacarada y barniz brillo anti-pintada, aplicadas en cabina de pintura.

Siguiendo unos rigurosos protocolos de trabajo, se controla la ventilación, temperatura y tiempos de espera, precalentamiento y curado de cada capa.

Este acabado permite, como pueden ustedes comprobar, la modificación de los moldes familiares para realizar en ellos piezas diferentes.

Las marcas resultantes en la superficie de los paneles, consecuencia de los sucesivos cortes y empalmes de modelos y moldes, pueden repararse en las operaciones previas al pintado, reparaciones éstas, imposibles de llevar a cabo en el gel-coat tintado habitual.

Como resumen de esta realización, diremos que podría establecerse perfectamente esta trilogía:

Jean Nouvel Paneles composite ampliación Museo Reina Sofía.

En nuestra opinión, no se hubiera podido alcanzar la realización de la obra del genial arquitecto, sin contar con los composites.

El diseño de Jean Nouvel, está ligado con ellos.

Torre UPV (Valencia)

Vamos a presentar seguidamente una nueva realización, primera en su género, no sólo en España, sino posiblemente en el mundo, cual es la torre UPV conocida familiarmente como Torre Rovira, en honor al ingeniero que la ha diseñado y calculado. Unas breves palabras acerca de nuestro personaje y actor principal.

Catedrático D. Juan Antonio Rovira-Soler

Profesor-Doctor a los treinta y cuatro años, Juan Antonio Rovira-Soler ha sido siempre un adelantado y un innovador nato. Mientras realizaba su tesis doctoral en 1970, conoce que en 1957, Estados Unidos presenta en la Feria Internacional de El Cairo, un pabellón realizado totalmente en materiales compuestos.

Esto le marca de tal manera que en los años ochenta y noventa, profundiza en sus contactos y experiencia con estos nuevos materiales.

Finalmente en el año 2003 y por parte del rectorado de la UPV, recibe el encargo de levantar una torre innovadora y emblemática de lo que es la nueva y pujante UPV de Valencia, torre que se vea y marque la situación desde lejos, como un faro-guía y al mismo tiempo innovadora, testimoniando el saber y conocimiento de dicha Universidad.

La ocasión es única y elige los materiales compuestos, y como buen ingeniero, piensa en que hace falta disponer de composites con el módulo de young o rigidez máximo posible y al mismo tiempo en un proceso automatizable, porque ello le llevará al mejor precio posible.

Pueden imaginarse que el resultado no es otro que la tecnología de pultrusión; es el final lógico y a él va a encaminar sus esfuerzos, que terminan por contactar con el industrial de Barcelona Jaume Tatjé Soler, Director Gerente de Tadipol y Tecnipul, constituyéndose un dúo de indudable importancia para la realización de esta torre.

Diseño de la torre

Dos son los elementos base de esta torre de planta circular y cónica, de 44 m de altura total: las patas o montantes, realizadas por pultrusión, y los anillos que las unen, realizados por estratificación tradicional.

La torre arranca desde el suelo con un diámetro en base de 8,5 m y remata con un diámetro de 0,16 m.

A los 31,2 m de nivel del suelo arranca a modo de corona un cartel cónico anunciador de la UPV totalmente en composite que tiene una altura total de 3,15 m con un diámetro en base de 4,30 m; 7,70 m en la parte superior y 6 mm de espesor. Este cartel, todo un reto a efectos de estabilidad y de comportamiento frente al viento, pesa 3 t.

Sobre el cartel y a una altura de 37,35 m desde el suelo se encuentra el centro de una esfera de fibra de vidrio de 2 m de diámetro de 6 mm de espesor que junto con el pináculo que la remata y los arriostres correspondientes, arrojan un peso de 2 t, es decir, cartel cónico anunciador más esfera con pináculo de coronación suman un total de 5 t de peso, todo ello arrancando en la cota de 31,2 m. Pues bien, la torre está diseñada y calculada para soportar vientos de 115 km en base y 160 km a nivel del cartel anunciador. En este caso extremo, la deflexión de la torre en punta, sería de 0,90 m.

Construcción de sus elementos

Comencemos por los montantes o patas. En la base arrancan 12 patas. Están constituidas cada una por un conjunto único de cinco redondos macizos de fibra de vidrio de 60 mm de diámetro cada uno, completados con dos lunetos, en realidad, dos medios redondos de 60 mm de diámetro. Estos cinco redondos más los dos lunetos constituyen un todo estructural, estando entre sí adheridos por pegado químico y conformados según la curvatura que demanda la torre. Simplemente, es la mejor alternativa cuando trabaja la pata a compresión,

flexión y tracción. Están fabricados con fibra de vidrio y resina viniléster.

Estas patas tienen una longitud de 10,90 m conformando en la base un diámetro de 8,50 m y en su finalización 2,40 m.

A partir de esta altura, las patas pasan a ser seis, con la misma composición que en la sección inferior, y mantienen la curvatura de la torre hasta los 23,30 m con un diámetro medio de la torre de 1,25 m.

Finalmente y desde los 23,30 m hasta los 35,77 m las patas se convierten en 5 tubos huecos de 60 mm de diámetro exterior y 9 mm de pared con los dos lunetos macizos de vidrio anteriores.

Desde los 35,7 m hasta los 42,35 m de coronación, será sólo tubos huecos de 60 mm de diámetro que conformarán un diámetro exterior de la torre de 0,16 m, posición en la que se ancla el pararrayos de 2 m de altura.

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Figura 3. Cerramiento
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Figura 5. Patas

Anillos

Los anillos son concéntricos y cónicos y fijan y posicionan las patas y progresivamente y conforme ganamos en altura, disminuyen de tamaño hasta situarse en un diámetro constante de 1 m, lo cual ocurre a partir del noveno anillo.

Los doce montantes principales se encuentran unidos entre sí por elementos que denominamos “anillos”, cada 2 m hasta una altura de 10,90 m. Estos anillos presentan una geometría del tronco de cono con una sección rectangular de 400 x 200 x 8. La geometría de la torre presenta 41 niveles, estando cada nivel representado por estos anillos. Hasta una altura de 12 m existen anillos exteriores e interiores a las patas. A partir de esta altura, los anillos son únicamente exteriores salvo en la zona de conexión de la esfera y cartel anunciador con la estructura principal.

Todos los anillos de la estructura son de poliéster isoftálico reforzado con fibra de vidrio estratificados manualmente. En el futuro será aplicada una nueva técnica que estamos desarrollando con una neta mejora tanto en el aspecto técnico como económico.

Finalmente, entre los 23,40 m y 35,77, cada una de las “seis caras” de la estructura, se encuentra arriostrada a través de tirantes o perfiles macizos en fibra de vidrio de 8 mm de diámetro; estos tirantes limitan la inclinación de la torre.

Todos los elementos de la torre, incluidos los tornillos, roscas y arandelas que fijan patas a anillos, están realizados en fibra de vidrio y resina poliéster, tal y como indicamos en el cuadro adjunto:

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Figura 6: Anillo interior
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Figura 7: Anillo exterior
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Figura 8. Montaje
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Figura 9. Imagen final de la torre

Ensayos

Se han seguido toda la normativa vigente hoy en día y se han realizado centenares de ensayos reproduciendo toda clase de esfuerzos y situaciones de carga. La experiencia acumulada es muy alta y servirá para otras realizaciones.

Transporte y montaje

La torre pesa en total 19 t y se dividió en tres partes.

Las estructuras construidas con este material, pesan para la misma resistencia, la cuarta parte de las estructuras de acero, lo cual repercute en una mayor economía y rapidez de montaje, abaratando las cimentaciones y permitiendo su empleo en terrenos menos consistentes, como zonas próximas al mar, aunque sus propiedades les permitirían estar ancladas dentro del mismo mar. Las fotografías con que ilustramos cuanto decimos, hablan por sí solas.

Conclusión

Tengo la inmensa satisfacción de haber presentado dos realizaciones singulares y vanguardistas, donde se han dado cita por igual la imaginación, la tecnología, el estudio y la formación de equipos de trabajo multidisciplinares, todo ello para poder sacar el máximo valor a estos fascinantes e increíbles materiales.

Empresas o entidades relacionadas

Centro Español de Plásticos
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