MONUMENTO DE CAJA MADRID EN PLAZA DE CASTILLA

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V CONGRESO DE 1/10

MONUMENTO DE CAJA MADRID EN PLAZA DE CASTILLA

Javier Fernández Pozuelo

Ingeniero Industrial Santiago Calatrava LLC Dpto. de Ingeniería Estructural j.fernandez@calatrava.com

Fernando Ibáñez Climent

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Santiago Calatrava LLC

Dpto. de Ingeniería Estructural f.ibanez@calatrava.com

RESUMEN

El monumento de Caja Madrid está situado en la Plaza de Castilla de la capital de España y consiste en una estructura vertical de aproximadamente 90 m de altura que se alza en voladizo sobre el terreno. La organización del tráfico rodado ha permanecido básicamente inalterada dado que el nuevo monumento ocupa el núcleo de la rotonda existente. El diámetro máximo exterior del monumento es aproximadamente 3.25m, de los cuales la corona circular exterior de 0.62m de anchura está ocupada por una piel ondulante de bronce y los 2m interiores por la estructura tubular de soporte de dicha piel.

La piel ondulante está formada por una serie de costillas de bronce accionadas mecánicamente que pivotan respecto de su centro de gravedad. Cada costilla es una sección en cajón cerrado y estanco, articulada a la altura de su centro de gravedad que se apoya en un soporte soldado al tubo central. Cada uno de estos soportes se suelda en taller en la posición adecuada para conseguir la geometría particular en alzado de la piel de bronce.

PALABRAS CLAVE: monumento, acero, bronce, pilote, cilindro, hidráulico, articulación, trípode

1. Descripción del monumento

El monumento de Caja Madrid está constituido por cuatro subconjuntos principales: • Cimentación.

• Estructura metálica principal. • Revestimiento de bronce. • Base cónica.

1.1. Cimentación

La cimentación supuso un problema desde el principio, no porque el obelisco fuese un elemento especialmente pesado sino por la dificultad para encontrar puntos de apoyo debido a la existencia de galerías, túneles de metro, pasos inferiores, etc.

En la figura 1 se muestra la planta de cimentación del monumento incluyendo las numerosas galería y túneles existentes en el subsuelo de la Plaza de Castilla.

La cimentación está formada por tres pilotes de 1 m de diámetro y longitudes que oscilan entre los 15 y los 25 m.

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Figura 1. Planta de cimentación. 1.2. Estructura metálica principal

La estructura metálica principal está formada por el trípode de apoyo y el fuste. El trípode de apoyo es el subconjunto que transfiere todas las cargas verticales a los pilotes de la cimentación. Consta de tres grandes vigas cajón de sección variable formadas por chapas de acero S355 J2 G3 con espesores que oscilan entre los 25 y los 45 mm. En la figura 2 se incluyen la planta y el alzado de una de las vigas del trípode.

En el punto de convergencia de las tres vigas se apoya el fuste que es un tubo circular de 2 m de diámetro que se eleva 93 m por encima del nivel de la calle y que tiene unos espesores de chapa que oscilan entre los 25 mm en el extremo superior y 80 mm en el empotramiento con el núcleo del trípode. En la figura 3 se incluye el núcleo del trípode y el primer tramo de fuste con las ménsulas de soporte de las barras de bronce.

Para el diseño de la estructura metálica se ha utilizado un modelo de elementos finitos (ver figura 4) constituido por elementos tipo placa con el que se han simulado las diferentes hipótesis de carga especificadas en la normativa vigente, fundamentalmente el Eurocódigo 3. Se ha prestado especial atención a la determinación de las cargas de viento para cuya valoración se realizaron ensayos sobre modelos a escala (ver figura 5) en el túnel aerodinámico del Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory perteneciente a la universidad de Western Ontario (Canadá) y en el Laboratorio de Microgravedad Ignacio da Riva de la Universidad Politécnica de Madrid.

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Figura 2. Viga del trípode de apoyo.

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Figura 4. Modelo de elementos finitos.

Figura 5. Ensayo en túnel aerodinámico (BLWTL). 1.3. Revestimiento de bronce

Las costillas que constituyen el revestimiento de bronce son en sí mismas elementos estructurales y transmitirán la carga de viento que actuará sobre ellas como si se tratase de un conjunto de vigas en voladizo interconectadas en el que cualquier desequilibrio está impedido por los accionamientos mecánicos. Cada costilla tiene sección cuadrada de 140 mm de lado formando un cajón cerrado y estanco y está articulada a la altura de su centro de gravedad.

Cada una de las costillas se apoya en un soporte soldado al fuste central del monumento. Cada uno de estos soportes se suelda en taller en la posición adecuada para conseguir la geometría particular en alzado de la piel de bronce. Con el objetivo de ajustar con precisión la geometría de las diferentes costillas, la unión entre las costillas y sus soportes se efectúa mediante una placa atornillada cuya altura se puede regular.

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Los soportes de las costillas ejercen sobre el tubo central un momento flector local en el punto de unión. Los tramos inferiores del fuste tienen un espesor de pared capaz de soportar las tensiones locales por lo que no ha sido necesario rigidizarlo. A medida que se incrementa la altura y por tanto se reduce el espesor de la pared del tubo, las tensiones también han resultado ser aceptables.

Cuando las costillas efectúan el movimiento ondulatorio característico del monumento sus caras laterales quedan expuestas a la acción del viento lo que significa que aparece un momento resultante según el eje perpendicular a la costilla (aunque el momento es pequeña magnitud es de naturaleza repetitiva y es resistido exclusivamente por la articulación que tiene un brazo de palanca de aproximadamente 100 mm). La existencia de esta carga y la necesidad de mantener la verticalidad de la estructura hace que la articulación deba estar formada por elementos robustos.

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1.4. Base cónica

La base cónica cumple el doble objetivo de ocultar la estructura del trípode de apoyo del monumento sobre el terreno y de servir de soporte a un revestimiento de piedra ornamental que realza la monumentalidad del conjunto.

La estructura de soporte de la base cónica es completamente independiente de la estructura principal del monumento. Los pilares que transmiten la carga al terreno se han dispuesto sorteando las tres vigas principales del trípode de apoyo. Se ha proyectado una estructura metálica de organización básicamente radial compuesta por perfiles laminados en caliente con continuidad sobre los pilares. Teniendo en cuenta la convergencia de las vigas hacia el centro de la base, se configuran dos familias de vigas radiales, una de ellas de longitud completa y la otra, intermedia, de longitud sensiblemente mitad. El forjado mixto superior sobre el que se coloca la piedra se soporta en un sistema secundario de correas de perfil laminado con separaciones en torno a los 2,5 m y que se disponen embrochaladas sobre las vigas radiales. En la figura 7 se incluyen la planta y la sección transversal de la base cónica.

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2. Fabricación y montaje del monumento

El monumento de Caja Madrid fue ejecutado por Acciona Infraestructuras durante los años 2008 y 2009. En los siguientes apartados se detallan los aspectos más relevantes implicados en las diferentes tareas de fabricación y montaje.

2.1. Estructura metálica

La fabricación de la estructura metálica se llevó a cabo mediante un proceso convencional salvo por el hecho, muy importante, de tener que compatibilizar las tolerancias inherentes a la fabricación metálica (que son del orden de los mm) con las asociadas a los dispositivos mecánicos de accionamiento del obelisco (que son del orden de las décimas de mm). Ello hizo que todas las operaciones de mecanizado de taladros, colocación de ménsulas y bridas, etc.. tuviese que ser realizado en taller mediante máquinas-herramienta de control numérico.

La secuencia de operaciones para el trípode de apoyo fue la habitual en piezas de este tipo: • Acopio de chapas.

• Marcado de las piezas. • Corte de la chapa.

• Posicionado y pre-armado. • Soldadura.

• Ensayos no destructivos: Partículas magnéticas y ultrasonidos. • Pintura y protección anti-corrosión.

Para el fuste la secuencia fue la misma pero hay que añadir las siguientes operaciones especiales:

• Curvado de la chapa.

• Mecanizado de multitud de agujeros para los actuadores hidráulicos y las luminarias. • Colocación de ménsulas de soporte del revestimiento.

• Colocación de bridas de conexión entre tramos.

En las figuras 8, 9 y 10 se muestran diferentes momentos de la fabricación de la estructura metálica.

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Figura 9. Tramo del fuste.

Mención aparte merece el último tramo del fuste que, además de tener una geometría más complicada que el resto, aloja en su interior una góndola que posteriormente se utilizará para el mantenimiento del monumento e incorpora una tapa abatible de bronce recubierta, al igual que las barras, de pan de oro (ver figura 10).

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2.2. Revestimiento de bronce

La fabricación de las barras de bronce tenía la ventaja de que todas eran iguales en dimensiones y detalles lo que facilitaba la industrialización de su fabricación. Por el contrario, había que fabricar un gran número de barras (504 en total, unos 100,000 kg de bronce) siendo el proceso de fabricación el que a continuación se resume:

• Corte con láser (mejor acabado y mayor precisión lo que daba lugar a menos desperdicios que en el caso del bronce son muy caros).

• Doblado para formar la sección en U de las barras.

• Ensamblaje de la placa exterior de la barra mediante soldadura. • Inspección de las soldaduras.

• Aplicación del pan de oro sobre la cara exterior de las barras que, a su vez, conlleva:

o Aplicación de capas de imprimación previas para facilitar la adherencia.

o Deposición de la lámina de oro de unas micras de espesor.

o Cepillado y tratamiento de acabado para eliminar imperfecciones.

o Aplicación de la pátina sobre las otras caras de la barra para dar al bronce una tonalidad más o menos oscura.

En las figuras 11 y 12 se muestran diferentes fotografías de la fabricación de las barras de bronce.

Figura 11. Barras de bronce del revestimiento.

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