PERSPECTIVA – créditos imagen: AGENCE TER

En este proyecto trabajamos como ingeniería de estructuras para el estudio de paisaje TER de París. TER es un estudio de paisajistas y arquitectos que trabajan globalmente (tienen proyectos en París, Los Ángeles, Shangai, Hamburgo, Barcelona, etc). En su página web se pueden ver sus proyectos más destacados: http://agenceter.com.

La estructura que analizamos, es parte de un proyecto de un parque público con dotaciones diversas en Porte Pouchet al norte de París. La estructura es una escultura de hormigón formada por láminas plegadas, que recuerdan visualmente a la técnica de los origami de papel. En el espacio entre las dos láminas se ubica un tobogán y una red de cables y mallas tesas que configuran un juego para niños.

Se trata de un elemento de una gran envergadura (12 m de altura) que tiene una función no solamente lúdica sino también de elemento de referencia.

EXPLOSIONADO – créditos imagen: AGENCE TER

ALZADOS – créditos imagen: AGENCE TER

1.NOCIONES BÁSICAS SOBRE ESTRUCTURAS LAMINARES 

• Experimentando con las láminas

Las formas de las láminas estructurales son muy diversas y cada una de ella determina un comportamiento resistente. La clave es poder movilizar la resistencia de forma ya sea por un sistema de bloqueo tipo arco o catenaria, o bien por un plegado que confiera inercia al elemento.

Veamos estos conceptos utilizando una hoja de papel.

En primer lugar hagamos que la hoja de papel trabaje como una ménsula:

Si cogemos la hoja de papel por dos puntos, la hoja se deformará por la flexión en una sección próxima al empotramiento que hacen los dedos. En este caso al ser las cargas de peso propio perpendiculares a la superficie, la hoja debe resistir por flexión en el plano de la hoja. La resistencia a flexión de una hoja recta, que se caracteriza por la inercia, es prácticamente nula puesto que su espesor es muy pequeño (su inercia es exactamente la doceava parte del ancho multiplicado por el espesor al cubo).

Si doblamos la hoja por la mitad y la sujetamos, podemos observar que la hoja presenta una deformación prácticamente nula. En este caso, se aumenta la inercia de la sección resistente a flexión. Lo mismo se observa si se coloca la hoja vertical. Si vamos añadiendo pliegues la inercia irá disminuyendo, en la práctica se busca tener el canto que minimice su tamaño o el peso de la estructura.

En segundo lugar vamos a hacer que la hoja de papel trabaje como un arco o como una catenaria.

Al bloquear el desplazamiento de los dos extremos la hoja de papel resiste su propio peso y además se puede cargar, esto ocurre porque se produce un arco resistente y el papel se comprime en su plano, el trabajo de la estructura es fundamentalmente de compresión y no de flexión como en el caso precedente.

Si colgamos la hoja de sus extremos tendremos un trabajo en lámina traccionada que es mucho más adecuado para las características del papel. La carga que puede soportar es mucho mayor porque no tenemos el fenómeno de inestabilidad que ocurre cuando se comprime el papel (pandeo o abolladura)

Estos ejemplos muestran de forma muy intuitiva la importancia de la forma sobre el comportamiento resistente. Las estructuras laminares se adaptan al material que se construyen:

Piedra –compresión

Hormigón armado –compresión capaz de resistir tracciones

Hormigón pretensado – compresión y tracciones importantes

Acero –tracción y compresión.

Podemos distinguir según la geometría diferentes tipos de estructuras laminadas:

Superficies sin curvatura o losas que resisten por flexión

Laminas plegadas, resisten por flexión y mecanismos de membrana con predominio de la flexión.

Superficies con curvatura simple, que resisten por mecanismos de membrana con algo de flexión.

Superficies con doble curvatura, que resisten por mecanismos de membrana.

• Caso de estudio

En nuestro caso de estudio, tenemos una lámina plegada que por su comportamiento estructural, debe resistir los efectos de las cargas gravitatorias, y sobre todo a las de viento, perpendiculares a su superficie por mecanismo de flexión fundamentalmente. Los pliegues dotan de inercia a los muros.

En el trabajo de diseño se partió del modelo 3d de la Agence TER que se optimizó para que fuera más sencillo de construir sin cambiar de forma apreciable su apariencia exterior. Se tuvo en cuenta tanto la resistencia requerida para resistir los esfuerzos como la sencillez de encofrar el conjunto. Se trata de un trabajo iterativo entre el diseño y el cálculo en el que se va definiendo la geometría final de forma conjunta entre el paisajista y FVAI.

2. ANALISIS 

Para el análisis de la estructura laminar, se realizó un modelo de elementos finitos mediante el programa comercial Autodesk Robot Structural Professional, mediante el cual se introdujeron todos los elementos para su posterior comprobación.

• Análisis de viento

Una vez modelada la superficie de la lámina, se realizó una simulación de túnel de viento, para conocer las zonas en donde la estructura presenta concentración de presiones debidas a su forma, ya que la normativa, no contempla estructuras laminares tan complejas.

Se puede observar como el programa, simula el túnel de viento en las direcciones de estudio propuestas, obteniendo para una presión del viento, la media los coeficientes de presión sobre la superficie.

Otros elementos que contribuyen al comportamiento conjunto son los puntales necesarios para la funcionalidad del juego. Estos elementos son también estructurales y optimizan el espesor final de la lámina.

• Resultados

El análisis estructural ha permitido determinar los espesores de la estructura y las cuantías de armadura necesarias.

Las tensiones se concentran en los pliegues donde confluyen más superficies y son los lugares en los que habrá que colocar una mayor cuantía de armado.

Puede observarse el efecto de lámina plegada en el hecho de que las tensiones son más elevadas en las zonas donde tenemos el canto estructural mayor. Esto es lógico ya que los elementos que tienen mayor rigidez son aquellos que aportan mayor resistencia al conjunto.

La cimentación del Origami es una losa apoyada sobre un suelo mejorado y tiene por funciones tanto la transmisión de las cargas al terreno como el equilibrar el conjunto para evitar el vuelco.