TALLER BRIDGE’S ON FIRE Estudio de viabilidad ASOCIACIÓN MADSTOCK
1. DESCRIPCIÓN GENERAL El taller consta de dos partes bien diferenciadas. Por un lado está la construcción de una estructura tipo pérgola que genere un espacio de estancia para los alumnos; por otro está la construcción de diverso mobiliario para hacer habitable dicho espacio. Ambas partes del taller se desarrollan con materiales reciclados (palets, neumáticos, cajas de fruta de madera y redes de seguridad de obra), aunque hay algunas partes que requieren material nuevo: tornillería para uniones y cuerda de sisal para diversos usos. La construcción de la pérgola, denominada “puente”, consta de tres partes: por un lado está la comprensión de los sistemas constructivos y del comportamiento estructural del prototipo, así como sus singularidades, limitaciones y aplicaciones. Una segunda parte consiste en la preparación de las piezas para su construcción (desmontaje de palets, corte, lijado y barnizado); y finalmente su ensamblaje. La segunda parte consta así mismo de tres etapas: un primer trabajo de diseño por parte de los participantes y de corrección de los mismos por parte de los miembros de la asociación (seguridad, durabilidad, sencillez constructiva…); una segunda de preparación de los materiales a usar (corte, lijado y barnizado de las maderas, mecanización de los neumáticos, etc); y por último el montaje de dicho mobiliario.
2. DESCRIPCIÓN DEL PUENTE: GEOMETRÍA Y PARTICULARIDADES El puente no es tal, ya que carece de las características determinantes de un puente (ser una estructura que salva un accidente geográfico o de otro tipo que, permitiendo el paso sobre el mismo, asegura la continuación de una vía o camino), así como de algunas de sus partes características (tales como los estribos o el tablero). Si se le ha dado tal nombre a la estructura es por la analogía del pórtico plano diseñado al comportamiento de los puentes arco de tablero superior. Es, desde el punto de vista de la teoría de estructuras, asimilable a un puente arco, aunque su uso no podría ser más distinto. Dicho puente se constituye de dos pórticos-arco planos paralelos de 4,35m de luz separados 3m sobre los que apoyan una serie de viguetas que, por un lado, arriostran y aseguran la estructura a empujes laterales, y por otro generan una superficie virtual de la que, se pretende, cuelguen algunas pequeñas cosas tales como 2
alguna lámpara o algún elemento decorativo. Sin embargo, su utilidad principal es de servir como apoyo y guía para un emparrado de algún tipo de trepadora que arroje sombra sin sobrecargar la estructura.
3. DESCRIPCIÓN CONSTRUCTIVA Y MECÁNICA DEL PUENTE: VIABILIDAD Cada uno de los elementos del pórtico-arco, así como las viguetas, se construyen mediante un sistema tipo “gerber”, que permite ensamblar piezas de pequeña longitud en elementos de mayores dimensiones mediante nudos de al menos tres tornillos con el fin de asegurar un empotramiento entre los mismos. El comportamiento de la estructura es el de un arco a flexocompresión en el que la viga superior trabaja parcialmente como tirante gracias a la transmisión de los empujes en los arranques del arco mediante cortante por los pilares. Con el fin de reducir los esfuerzos en éstos, y mejorar la rigidez y comportamiento a flecha de la estructura, se añaden unas péndolas verticales intermedias. Así mismo, en los apoyos se construirá una cimentación de tierra prensada encofrada en neumáticos que recoja los esfuerzos diferenciales entre apoyos y las reacciones no transmitidas al tirante superior, asegurando la estabilidad del pórtico arco. El comportamiento teórico de dicha estructura asegura la rigidez absoluta en su plano, mientras que en el perpendicular las viguetas y la cimentación estabilizan los posibles movimientos que puedan aparecer. El ancho de 3m es más que suficiente para generar un par de reacciones que compense un posible momento de vuelco lateral. Al final se adjunta documentación con el modelo teórico analizado en el programa de cálculo SAP2000 y las condiciones de contorno (hipótesis de carga y tensiones seguras) consideradas. Se ha construido un prototipo parcial (sólo el arco, sin tirante superior ni péndolas verticales) para analizar, aunque sea parcialmente, la viabilidad del proyecto. Los resultados de los ensayos de carga realizados en el mismo (aplicación de una carga puntual de 0,5 kN, es decir, de 50kg en el centro del arco) revelan que, en cuanto al requisito de resistencia, es suficientemente seguro, obteniendo una rotura parcial en una unión. Puesto que, para que un arco se convierta en mecanismo y por lo tanto colapse, se requiere la formación de cuatro articulaciones, se deduce que: 3
a) El colapso del prototipo requiere la entrada en carga límite de manera sucesiva al menos cuatro veces, y que cada una de ellas produzca rotura en un nudo distinto. b) Las deformaciones derivadas de la rotura de un nudo son considerables, por lo que en el momento en que una unión falle, sin colapso necesario de la estructura, se apreciará a simple vista el fallo de la unión. c) De ambos se deriva que, en términos globales, la estructura puede considerarse como plástica, puesto que carece de un mecanismo de colapso frágil (esto es, repentino). Para que ocurra dicho colapso es necesaria la concatenación de una serie de roturas, acompañadas de unos movimientos y deformaciones claramente evidentes que permitirían tomar medidas previa formación del mecanismo de rotura. Por tanto, aunque no se considera imposible la rotura del puente (bastaría con un hombre adulto de 80 kg colgado del centro) las necesidades que impone la estructura para su colapso, así como su geometría, son tales que, en primer lugar, no ponen en peligro la integridad de quien produce esa carga; y en segundo, permiten que tras la rotura local producida se puedan tomar medidas de seguridad en un plazo razonablemente largo de tiempo. Hay que considerar, además, que el modelo experimental estudiado tenía un 50% menos de sección resistente que el prototipo a construir, lo cual otorga una razonable seguridad extra. Por otro lado, los resultados ensayados en el prototipo acerca del requisito de rigidez son poco reveladores debido a la ausencia del tirante y de las péndolas. El prototipo es poco rígido, ya que los teóricos empotramientos entre piezas en el sistema gerber no son tales debido al bajo coeficiente de rozamiento entre tornillo y madera. Es de prever una sustancial mejora de la rigidez y una reducción de la flecha del prototipo (de los actuales 10 cm hasta unos razonables 3cm) con la inclusión del resto de elementos. Además, se planea incrementar de manera moderada la rigidez en el propio plano mediante unos tirantes de sisal que triangulen la estructura. Por tanto, en términos generales, la rigidez no es todo lo estricta que sería deseable, pero la parcialidad del modelo permite prever un comportamiento aceptable en el prototipo final. En cualquier caso cabe recordar que la flexibilidad y los movimientos en una estructura no implican en absoluto una disminución de su capacidad portante ni de su seguridad en el cumplimiento de los requisitos de resistencia. 4
Finalmente el requisito de estabilidad se reveló favorable a pesar de la parcialidad del modelo. El aumento de rigidez, así como la existencia de un arriostramiento lateral permiten esperar un buen comportamiento. Se adjuntan al final de esta memoria detalles del prototipo empleado.
4. RESUMEN SOBRE LA SEGURIDAD DEL PUENTE Como se ha analizado en el punto anterior, se trata de una estructura que no está diseñada para soportar grandes cargas, con lo que el previsible comportamiento cívico de los miembros de la comunidad académica le augura una larga vida. Sin embargo, si por algún casual se diese el caso de una sobrecarga que produzca rotura, ésta sería local y “avisaría” de un futuro colapso de la estructura si se la somete a un nuevo ciclo de carga similar. Es decir, sus movimientos y deformaciones indicarían que se va a romper antes de que esto ocurra. La rigidez del modelo estudiado es escasa, dando lugar a movimientos inadmisibles para la tranquilidad del usuario (aunque no impliquen en absoluto un posible colapso de la estructura). Sin embargo es previsible que mejore hasta alcanzar valores razonables con la inclusión de los elementos no incluidos en el prototipo y la triangulación mediante sisal. La estabilidad está asegurada ante cargas laterales por debajo del entorno de los 1,0-1,5 kN de empuje. Esta estabilidad se puede mejorar fácilmente con la inclusión de tirantes anclados al terreno mediante vientos. La ausencia de paños cerrados, ya sea en cubierta o en las caras de la estructura implican una baja incidencia de las cargas de viento, y por tanto, de problemas de vuelco o vuelo. La localización del prototipo, en el interior de un patio cerrado en sus cuatro caras por muros de al menos 6m de altura hace altamente improbable un vuelco por viento.
ASOCIACIÓN MADSTOCK
FEBRERO 2015 5
ANEXO 1: PLANOS
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ANEXO 2: MODELO DE CÁLCULO: HIPÓTESIS Y RESULTADOS CARGAS TIPO VALOR CARACTERÍSTICO γ VALOR MAYORADO Peso propio 0,1 1,35 0,135 Carga Permanente 0,1 1,35 0,135 Sobrecarga uso 0,5 1,5 0,75 Total 0,7 1,02
MATERIAL Debido a la disparidad de calidad de los tablones usados, a su diferente estado de mantenimiento y a las diferencias de calidad de madera se ha obviado el método del CTE DB-SE-M y se ha simplificado en una única tensión media de 15kN/mm2 para la madera. Se ha considerado un único coeficiente de minoración de resistencia de 1,5 y se ha obviado la clase de exposición debido a la protección de la madera, a la heterogeneidad del material y a la elección de tan alto coeficiente de minoración.
MOMENTOS FLECTOES (KN*m)
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CORTANTES (KN)
AXILES (KN)
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ANEXO 3: PROTOTIPO CONSTRUIDO GEOMETRÍA
NUDOS
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10