UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO
EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I
EL CUBO DE AGUA
CONSTRUCCIÓN I
INTRODUCCION El Centro Nacional de Natación de Beijing, más conocido como “El Cubo de Agua”, es una obra de la
firma de arquitectura australiana australiana PTW. El edificio se sustenta con un sistema estructural único que sigue la lógica de las burbujas, creando una estructura tridimensional que semejaría a una formación de burbujas en una tina de baño. Dos layers de plástico de alta resistencia conocido como ETFE recubren los elementos estructurales por fuera y por dentro, y son inflados con aire para crear el efecto de almohadas con su superficie curva.
EL CUBO DE AGUA
CONSTRUCCIÓN I
INTRODUCCION El Centro Nacional de Natación de Beijing, más conocido como “El Cubo de Agua”, es una obra de la
firma de arquitectura australiana australiana PTW. El edificio se sustenta con un sistema estructural único que sigue la lógica de las burbujas, creando una estructura tridimensional que semejaría a una formación de burbujas en una tina de baño. Dos layers de plástico de alta resistencia conocido como ETFE recubren los elementos estructurales por fuera y por dentro, y son inflados con aire para crear el efecto de almohadas con su superficie curva.
EL CUBO DE AGUA
CONSTRUCCIÓN I
INDICE
CENTRO ACUÁTICO NACIONAL DE BEIJING “EL CUBO DE AGUA”.…………………….... 5 ESTRUCTURA………………………………………………………………………………………………………8 ESTRUCTURA ………………………………………………………………………………………………………8 CONSTRUCCIÓN……………………………………………………………………………………… CONSTRUCCIÓN ……………………………………………………………………………………….. ..……..13 ……..13 MATERIALES………………………………………………… MATERIALES……………………………………………………………………………………………………..14 …………………………………………………..14 PROYECTO ECOLÓGICO………………………………… ECOLÓGICO………………………………………………………………………………….…15 ……………………………………………….…15 ILUMINACIÓN…………………………………………………………… ILUMINACIÓN……………………………………………………………………………………………………17 ………………………………………17 COMPLICACIONES………………………………… COMPLICACIONES……………………………………………………………………………… ………………………………………………………….17 …………….17 ARQUITECTURA Y DISEÑO.……………………………………………………………………………….20 DISEÑO .……………………………………………………………………………….20 PLANO DE OBRA……………………………………………………………………………………………….23 CONVERSIÓN DEL "CUBO DE AGUA"……………………………………….……………………….26 AGUA" ……………………………………….……………………….26 ANEXOS.……………………………………………………………………………………………………………27 ANEXOS.……………………………………………………………………………………………………………27 GALERÍA DE IMÁGENES……………………………………………… IMÁGENES……………………………………………………………………………………28 ……………………………………28 ETFE………………………………………………………………………..………………………………………… ETFE……………………………………………………………………… …………………………………………36 36 BIBLIOGRAFÍA………………….……………………………………………………………………………..42 BIBLIOGRAFÍA………………….……………………………………………………………………………..42
EL CUBO DE AGUA
CONSTRUCCIÓN I
Beijing – Beijing – China El Centro Acuático Nacional es un pabellón deportivo en Beijing (también conocido como Pekín) en China, donde se celebraron las competiciones de natación, natación sincronizada y saltos de los Juegos Olímpicos de 2008.
INFORMACIÓN BÁSICA Ubicación:
Parque Olímpico, distrito de Chaoyang, al norte de la capital (a pocos metros del Estadio Nacional) Nacional)
Superficie:
79.532 m²
Dimensiones: Capacidad:
Tiene 120 x 80m y una altura de 30m. 17.000 espectadores
Asientos:
6.000 asientos permanentes, se pueden ampliar hasta 11.000 en grandes acontecimientos deportivos. deportivos.
Deportes:
Natación, buceo, nado sincronizado, polo acuático
Iniciación:
24 de diciembre del 2003
Finalización:
28 de enero de 2008
Arquitectos:
PTW Architects, CSCEC International Design & Arup con Structural Engineers Arup (se encargaron de la estructura)
Costo de obra: Acontecimientos:
$143.500.000 USD Juegos Olímpicos de Pekín 2008 Juegos Paralímpicos de Pekín 2008
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CONSTRUCCIÓN I
Imagen N° 1 -
Perspectiva de esquina
Consta de dos piscinas, una para las pruebas de natación y otra para las de saltos. Por su diseño se asemeja a un enorme cubo de hielo, por lo que es conocido como Cubo de agua, o abreviadamente [H2O]3.
EJECUCIÓN DE LA OBRA
Julio 2003: se aprobó oficialmente el diseño del proyecto
24 diciembre 2003: comienza la construcción
Mayo 2005: se termina la estructura principal de concreto
Junio 2005: comienza la instalación de la estructura de acero
10 abril 2006: se instala la estructura principal
16 junio 2006: se remueven las estructuras de soporte
1 agosto 2006: se instala la primera almohada de aire
26 diciembre 2006: instalación de estructuras de membranas en el exterior
Enero 2007: comienza la decoración y preparación
Marzo 2007: comienza el trabajo municipal de ingeniería
Septiembre 2007: el equipo electromecánico es instalado.
28 enero 2008: se inaugura y se entrega el proyecto
El Cubo de Agua es la única estructura olímpica que fue financiada por donaciones de compatriotas chinos. Esta refleja la gran unidad entre los chinos en el extranjero y en el interior del país para organizar los Juegos Olímpicos a través de un esfuerzo compartido.
EL CUBO DE AGUA
CONSTRUCCIÓN I
Más de 110 millones de dólares fueron necesarios para levantar el cubo, aportados íntegramente por Macao, Hong Kong y Taiwán, por lo que según el Comité Organizador de Pekín 2008 esta construcción representa los buenos deseos, la solidaridad y el compromiso del pueblo chino con las Olimpiadas.
Imagen N° 2 - Vista aérea en 3D
Imagen N° 3 - El Cubo de agua en construcción
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ESTRUCTURA La estructura se inspira en las burbujas de jabón, estructuras orgánicas y aleatorias, pero al mismo tiempo repetitivas, una geometría eficiente y estricta que puede encontrarse en sistemas de la naturaleza como en los cristales.
Imagen N° 4 - Geometría de la estructura
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CONSTRUCCIÓN I
El cubo de agua tiene una apariencia completamente al azar pero en realidad su estructura se tomó de la geometría que se puede encontrar en los sistemas naturales como los cristales, las células y las estructuras moleculares.
Imagen N° 5 - Esquema de referencias que se utilizó para llegar a la estructura final
Sistema repetitivo para dar una imagen aleatoria: se utilizaron 16 tipos de burbujas en el cerramiento de las fachadas y 7 en la cubierta.
“Muros espumosos” gruesos: de 3,6 metros de espesor enmarcan un perímetro de 177m x 177m y con una altura de 31m, cerrando el prisma con una cubierta de 7,2m de espesor.
Los espacios interiores tienen luces de hasta 132m, y la edificación en total tiene unos 80.000m2 siendo la estructura de entramado en acero más grande del mundo.
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Imagen N° 6 - Esquema de cómo surgió la idea
CONSTRUCCIÓN I
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Imagen N° 7 -
Armazón de la estructura
Imagen N° 8 - Colocando las membranas de ETFE sobre la estructura
Imagen N° 9 -
Vista de la piscina olímpica
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La estructura es de acero de 22.000 vigas (6.500 toneladas de acero) cada una es lo más pequeña posible y por lo tanto lo más liguera para minimizar el peso total de la estructura, además se plantean formas compactas que se comporten de forma plástica en caso de terremoto
Imagen N° 10 - Secciones de ETFE para colocar en una pared
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COSTRUCCIÓN
La cavidad de la envolvente es de 3.6 m de ancho y la cavidad que forma la cubierta es 7.2m de espesor
La estructura es hecha de aproximadamente 6700 toneladas de acero en 1.300 toneladas de varillas
Hay 22,000 miembros de acero y 12,000 nodos
Los rayos de acero se estirarían para 90 kilómetros
El tamaño total es de 177x177x31m de altura
Imagen N° 11 - Instalación de las estructuras básicas
La pared externa está basada en la estructura de Weaire-Phelan, una espuma (la estructura está inspiradas en burbujas de jabón). El modelo está inspirado en un corte de la espuma, la estructura utilizada fue la espuma de Kelvin porque la de Weaire-Phelan resulta más compleja debido a ser un modelo más irregular.
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Imagen N° 12 - Estructura de membranas en las paredes
MATERIALES La estructura es de hormigón y acero (6.700 toneladas) mientras que el recubrimiento lo crean membranas traslucidas de ETFE (etileno-tetra-fluoroetileno), 2500 burbujas.
Imagen N° 13 - Membranas de ETFE
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PROYECTO ECOLÓGICO El proyecto es lo más sostenible posible respecto a los recursos utilizados. De esta manera, la energía que utiliza es solar y se ha conseguido que los procesos de depuración del agua aseguren una reutilización del orden del 80%, además el edificio aprovecha y se aprovisiona del agua de lluvia.
Imagen N° 14 - Operaciones de ventilación en una cavidad típica
Imagen N° 15 - Operaciones de ventilación en verano
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Imagen N° 16 - Operaciones de ventilación en invierno
Imagen N° 17 - Orificio superior de ventilación
Cuenta con métodos de refrigeración, como el aire reciclado que sigue unos sistemas de energía solar y dispositivos de ventilación de dos pisos. Con éxito mantienen temperaturas confortables y una humedad estable de entre 50 y 60% en el recinto.
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ILUMINACIÓN De noche dispondrá de una novedosa iluminación formada por diodos luminiscentes (Leds) que ahorran hasta un 60% de la energía consumida por los clásicos florescentes y que permitirán iluminar el edificio en 16,7 millones de tonos.
Imagen N° 18 -
Cubo de agua con iluminación colorida
El revestimiento ETFE permite más entrada de luz y mayor calor que el cristal tradicional, causando una disminución del 30% en gastos de energía. Esta especie de almohadillas transparentes, permiten que este espacio arquitectónico esté iluminado al 90% por luz solar, consiguiendo que el agua de la piscina se refleje por el interior de toda la estructura.
COMPLICACIONES
Dado que la estructura está construida íntegramente de acero, los códigos de edificación prescriptivos vigentes en China requieren que esté certificada como resistente al fuego, lo cual hubiera implicado cubrir el acero con un material a prueba de incendios. Desde el principio lo que se quería era una estructura de acero desprotegida y eso era fundamental para todo el diseño del edificio.
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Dada la gran cantidad de personas y las dimensiones del edificio, hubo un exceso en las distancias de recorrido hacia una salida. Finalmente, debido a la enorme cantidad de personas, particularmente durante el desarrollo de los Juegos Olímpicos, los anchos de las salidas resultaron inferiores a los que aprobaría el código de China.
Otro de los componentes que complicaba el diseño del sistema de protección contra incendios del Cubo de Agua era el tamaño de sus compartimientos de incendio.
Imagen N° 19 -
Interior desde el segundo piso
Protección contra incendios:
El Cubo de Agua está totalmente protegido por rociadores contra incendios y cuenta con un excelente sistema de detección, para compensar las largas distancias de recorrido.
Posee sistemas de control de humo, de manera que los incendios se mantienen en dimensiones pequeñas por medio de supresión. Se usan sistemas de control de humo para mantener al humo alejado de los ocupantes.
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Se dispone de sistemas de advertencia que emiten mensajes de alerta a los ocupantes del edificio sobre alguna emergencia y se los instruye sobre cómo deben actuar.
La playa de estacionamiento de autos, ubicada debajo del edificio, cuenta con un sistema de detección de calor.
Los hidrantes de incendio de todo el edificio se conectan a un gran sistema de suministro de agua fijo.
El edificio también está equipado con una gran cantidad de cañones para agua para una supresión más exhaustiva de los incendios.
El centro acuático nacional cuenta con varios puestos de consignatarios, tanto de comidas como de venta minorista. Además hay bares, clubes nocturnos y restaurantes. Todos están ubicados a lo largo de la entrada principal y de las vías de salida del edificio.
Imagen N° 20 -
Foso de agua alrededor del cubo de agua
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ARQUITECTURA Y DISEÑO El diseño no es nada habitual para un pabellón de natación. Lo más especial de la obra es la doble cubierta de 3.000 membranas de tetrafluoroetileno (TFE) que dan al edificio en forma de cubo la sensación de estar cubierto de agua.
Se convirtió en un "material de construcción" de una manera significativa.
A G U A
La diversión y sofisticación de los componentes, así como la sencillez y la monumentalidad de todo el edificio le dan una dualidad interesante.
La Piscina también es un jardín en el corazón de Beijing que llena a la gente de alegría.
Imagen N° 21 -
P A I S A J E
Vista interior
Como un cubo que cae al agua y genera salpicaduras en la Tierra. Los puentes son la única manera de llegar a la construcción. El agua en la pared de la entrada se convirtió en un muro cortina de vidrio en la parte posterior para permitir que la luz del "agua filtrada” ingrese durante el día en el vestíbulo.
El foso recoge el agua de lluvia que corre por la fachada.
Existe un sistema de reciclaje para así ahorrar agua y lograr el objetivo de "Olympic Green".
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Imagen N° 22 -
A M B I E N T E
Vista nocturna en 3D
Diseñado para actuar como un invernadero, que absorben la radiación sola y evitar ganar calor.
La fachada de doble piel está bien aislada de las burbujas de modo que tiene el potencial para lograr un calor neto anual.
La fachada de doble piel está bien aislada de las burbujas de modo que tiene el potencial para lograr un calor neto anual.
La masa térmica, el hormigón y el agua absorben el calor y la distribuyen por la noche cuando es más necesario.
La fachada del edificio responde a tres modos de funcionamiento para el clima del verano, del invierno y de la temporada media.
Mediante la modificación de las aflicciones de la cavidad, las láminas internas pueden ser "abiertas" o "cerradas". Esto permite controlar el nivel creado por el efecto de la luz moteada, similar a la luz bajo el árbol o de las profundidades bajo el agua. La luz puede ser controlada para dar sólo la caída en las áreas que sufren de reflexión mirando, alternativamente, el techo y la pared; y se puede convertir en 'off' para lograr las condiciones óptimas de iluminación para cámaras de televisión.
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Imagen N° 23 -
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Almacena y recicla la lluvia. La superficie externa y la fachada de la azotea pueden recoger 10mil toneladas de agua de lluvia.
Imagen N° 24 -
Funcionamiento del sistema regulador de la temperatura
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PLANOS DE OBRA
Imagen N° 25 -
PLANTA ARQUITECTONICA
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Imagen N° 26 -
Imagen N° 27 -
PLANTA ALTA Y PLANTA BAJA
PLANO DE CONTEXTO
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Imagen N° 28 -
ELEVACIÓN NORTE
Imagen N° 29 -
Imagen N° 30 -
INGRESO
ELEVACION ESTE
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CONVERSIÓN DEL "CUBO DE AGUA"
En el 2010 se empezó a transformar la piscina olímpica de Beijing en un parque acuático de talla mundial. El Cubo recibió por primera vez al público como el Happy Magic Watercube en el verano, en Junio del 2010. Una de estas novedades es la zona de juegos infantil RideHouse, complementada por el primer Aqualoop waterslide de China, un tobogán Tornado, así como un BulletBowl y 12 atracciones más. Complementando todo esto habrá una temática sub-acuática incluyendo medusas y una iluminación especial.
Imagen N° 31 -
Vista interior del parque remodelado en 3D
En la supervisión de la construcción y operación del Beijing Happy Watercube Waterpark Ltd estuvo el australiano veterano en parques temáticos, Alan Mahony.
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ANEXOS
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GALERÍA DE IMÁGENES
Imagen N° 32 -
Colocación del sistema de ETFE en la estructura, vista aérea
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Imagen N° 33 -
Colocación del sistema de ETFE en la estructura, vista lateral
Imagen N° 34 -
Andamios usados en la colocación del sistema de ETFE
Imagen N° 35 -
Vista interior de la estructura
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Imagen N° 36 -
Vistas en 3D
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Imagen N° 37 -
Vista del diseño interior
Imagen N° 38 -
Trampolines
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Imagen N° 39 -
Piscina Olímpica en 3D
Imagen N° 40 -
Piscina Olímpica, imagen real
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Imagen N° 41 -
Happy Magic Watercube, interior 3D
Imagen N° 42 -
Decoración interior
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Imagen N° 43 -
Toboganes
Imagen N° 44 -
Happy Magic Watercube en un día de verano
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Imagen N° 45 -
Infografía del Cubo de Agua de Beijing
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ETFE (ETILENO-TETRAFLUOROETILENO)
Extendida sobre la parte superior de la estructura de acero se ubica una envoltura de plástico translúcido hecha de ETFE.
El ETFE es un material conocido como burbuja, y que en este caso fue teñido de azul. Es mucho más ligero que estructuras de cristal convencionales con el mismo efecto de luz. El ETFE es un tipo de plástico de gran resistencia al calor, a la corrosión y a los rayos UV.
Imagen N° 46 -
Estructura de ETFE
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APLICACIONES MULTICAPA: Cojines inflados
Se construyen con dos o más láminas de ETFE cerradas en su perímetro y fijadas al sistema de anclaje perimetral. Así pues, el cojín consiste en lámina y aire, lo que supone una reducción de peso respecto a lucernarios convencionales. El peso de una cubierta de ETFE equivale a un 2 % del peso de una de cristal y la estructura portante a un 10 %-50 %.
Imagen N° 47 -
Sistema del cojín inflado
Los cojines precisan de un sistema de inflado de aire a baja presión, La presión en el interior del cojín puede oscilar entre los 250Pa en condiciones normales, hasta 800Pa en situaciones puntuales.
La presión se genera con una unidad compuesta por ventiladores y una red de conductos de distribución que suministran aire a cada uno de los cojines que forman la cubierta: el aire exterior deberá ser filtrado y secado. La presión dentro de los cojines se controla con un sistema inteligente de medición de viento y nieve, que acciona los ventiladores con más o menos presión en función de las inclemencias del tiempo.
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CARACTERÍSTICAS:
Bajo peso propio: 175g/m²
Relativamente fuerte y resistente
Muy resistente al impacto (granizo, etc.)
Muy alta resistencia molecular. No reacciona con otras partículas o substancia.
Excelente comportamiento al fuego
Muy baja disminución de las propiedades mecánicas a lo largo del tiempo
Alta transparencia (95% luz visible / 85% luz ultravioleta
Permeable a los rayos UVA, impiden el paso de los rayos UVC
Permite la impresión de pintura y otros acabados
Impermeable
Autolimpiable con agua de lluvia
Mínimo mantenimiento
No se decolora ni se oscurece con los años
Reciclable
Imagen N° 48 -
Estructura molecular del ETFE
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PROPIEDADES DEL COPOLÍMERO DE ETILENO-TETRAFLÚORETILENO
PROPIEDADES ELÉCTRICAS Constante Dieléctrica @1MHz Factor de Disipación a 1 MHz Resistencia Dieléctrica ( kV mm-1 ) Resistividad Superficial ( Ohm/sq ) Resistividad de Volumen ( Ohmcm )
2,6 0,0005 25 >1014 1016
PROPIEDADES FÍSICAS Absorción de Agua ( % ) Densidad ( g cm-3 ) Índice Refractivo Índice de Oxígeno Límite ( % ) Inflamabilidad Resistencia a la Radiación Resistencia a los Ultra-violetas
0-0,03 1,7 1,403 30-32 V0 Aceptable Excelente
PROPIEDADES MECÁNICAS Alargamiento a la Rotura ( % ) Dureza - Rockwell Módulo de Tracción ( GPa ) Resistencia a la Tracción ( MPa ) Resistencia al Impacto Izod ( J m-1 )
250-350 R50 0,8 28-48 >1000
PROPIEDADES TÉRMICAS Calor Específico ( J K-1 kg-1 ) Coeficiente de Expansión Térmica ( x10-6 K-1 Conductividad Térmica a 23C ( W m-1 K-1 ) Temperatura Máxima de Utilización ( C ) Temperatura Mínima de Utilización ( C ) Temperatura de Deflexión en Caliente -0.45MPa Temperatura de Deflexión en Caliente - 1.8MPa
1900-2000 90-170 0,24 150-160 <-100 105º ( C ) 70º ( C )
RESISTENCIA QUÍMICA Ácidos - concentrados Ácidos - diluidos Álcalis Alcoholes Cetonas Grasas y aceites Halógenos Hidrocarbonos halógenos Hidrocarburos Aromáticos
Buena Buena Buena Buena Buena Buena Buena Buena Buena
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OTROS PROYECTOS CON ETFE
Proyecto Edén, 2001
Allianz-Arena, 2005
Estadio Nacional de Beijing, 2007
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Centro Recreativo y Cultural Khan Shatyry, 2008
Earthpark, 2010
