cubo de agua

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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO CONSTRUCCIÓN I EL CUBO DE AGUA

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Cubo de AguaCentro Acuático Nacional de PekínEl Centro Acuático Nacional es un pabellón deportivo en Pekín donde se celebraron las competiciones de natación, natación sincronizada y saltos de los Juegos Olímpicos de 2008

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Page 1: Cubo de Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO

CONSTRUCCIÓN I

EL CUBO

DE AGUA

Page 2: Cubo de Agua

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 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.

Page 3: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

INDICE

CENTRO ACUÁTICO NACIONAL DE BEIJING “EL CUBO DE AGUA”.……………………....5

ESTRUCTURA………………………………………………………………………………………………………8

CONSTRUCCIÓN………………………………………………………………………………………..……..13

MATERIALES……………………………………………………………………………………………………..14

PROYECTO ECOLÓGICO………………………………………………………………………………….…15

ILUMINACIÓN……………………………………………………………………………………………………17

COMPLICACIONES…………………………………………………………………………………………….17

ARQUITECTURA Y DISEÑO.……………………………………………………………………………….20

PLANO DE OBRA……………………………………………………………………………………………….23

CONVERSIÓN DEL "CUBO DE AGUA"……………………………………….……………………….26

ANEXOS.……………………………………………………………………………………………………………27

GALERÍA DE IMÁGENES……………………………………………………………………………………28

ETFE……………………………………………………………………….…………………………………………36

BIBLIOGRAFÍA………………….……………………………………………………………………………..42

Page 4: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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)

Superficie: 79.532 m²

Dimensiones: Tiene 120 x 80m y una altura de 30m.

Capacidad: 17.000 espectadores

Asientos: 6.000 asientos permanentes, se pueden ampliar hasta

11.000 en grandes acontecimientos 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: $143.500.000 USD

Acontecimientos: Juegos Olímpicos de Pekín 2008

Juegos Paralímpicos de Pekín 2008

Page 5: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA 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

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.

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 electro-

mecánico es instalado.

28 enero 2008: se inaugura y se

entrega el proyecto

Page 6: Cubo de Agua

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

Page 7: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 8: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA 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.

Page 9: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 6 - Esquema de cómo surgió la idea

Page 10: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 11: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 12: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

Page 13: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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-fluoro-

etileno), 2500 burbujas.

Imagen N° 13 - Membranas de ETFE

Page 14: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 15: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

Page 16: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

Page 17: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

Page 18: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 19: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

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 - 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".

A

G

U

A

P A I S A J E

Page 20: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 22 - 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.

AMBIENTE

Page 21: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 23 - 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

Page 22: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

PLANOS DE OBRA

Imagen N° 25 - PLANTA ARQUITECTONICA

Page 23: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 26 - PLANTA ALTA Y PLANTA BAJA

Imagen N° 27 - PLANO DE CONTEXTO

Page 24: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 28 - ELEVACIÓN NORTE

Imagen N° 29 - INGRESO

Imagen N° 30 - ELEVACION ESTE

Page 25: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

Page 26: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

ANEXOS

Page 27: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

GALERÍA DE IMÁGENES

Imagen N° 32 - Colocación del sistema de ETFE en la

estructura, vista aérea

Page 28: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 29: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 36 - Vistas en 3D

Page 30: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 37 - Vista del diseño interior

Imagen N° 38 - Trampolines

Page 31: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 39 - Piscina Olímpica en 3D

Imagen N° 40 - Piscina Olímpica, imagen real

Page 32: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 41 - Happy Magic Watercube, interior 3D

Imagen N° 42 - Decoración interior

Page 33: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 43 - Toboganes

Imagen N° 44 - Happy Magic Watercube en un día de

verano

Page 34: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Imagen N° 45 - Infografía del Cubo de Agua de Beijing

Page 35: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 36: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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.

Page 37: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

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

Page 38: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

PROPIEDADES DEL COPOLÍMERO DE ETILENO-TETRAFLÚORETILENO

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Constante Dieléctrica @1MHz 2,6

Factor de Disipación a 1 MHz 0,0005

Resistencia Dieléctrica ( kV mm-1 ) 25

Resistividad Superficial ( Ohm/sq ) >1014

Resistividad de Volumen ( Ohmcm ) 1016

PROPIEDADES FÍSICAS

Absorción de Agua ( % ) 0-0,03

Densidad ( g cm-3 ) 1,7

Índice Refractivo 1,403

Índice de Oxígeno Límite ( % ) 30-32

Inflamabilidad V0

Resistencia a la Radiación Aceptable

Resistencia a los Ultra-violetas Excelente

PROPIEDADES MECÁNICAS

Alargamiento a la Rotura ( % ) 250-350

Dureza - Rockwell R50

Módulo de Tracción ( GPa ) 0,8

Resistencia a la Tracción ( MPa ) 28-48

Resistencia al Impacto Izod ( J m-1 ) >1000

PROPIEDADES TÉRMICAS

Calor Específico ( J K-1 kg-1 ) 1900-2000

Coeficiente de Expansión Térmica ( x10-6 K-1 90-170

Conductividad Térmica a 23C ( W m-1 K-1 ) 0,24

Temperatura Máxima de Utilización ( C ) 150-160

Temperatura Mínima de Utilización ( C ) <-100

Temperatura de Deflexión en Caliente -0.45MPa 105º ( C )

Temperatura de Deflexión en Caliente - 1.8MPa 70º ( C )

RESISTENCIA QUÍMICA

Ácidos - concentrados Buena

Ácidos - diluidos Buena

Álcalis Buena

Alcoholes Buena

Cetonas Buena

Grasas y aceites Buena

Halógenos Buena

Hidrocarbonos halógenos Buena

Hidrocarburos Aromáticos Buena

Page 39: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

OTROS PROYECTOS CON ETFE

Proyecto Edén, 2001

Allianz-Arena, 2005

Estadio Nacional de Beijing, 2007

Page 40: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

Centro Recreativo y Cultural Khan Shatyry, 2008

Earthpark, 2010

Page 41: Cubo de Agua

EL CUBO DE AGUA CONSTRUCCIÓN I

BIBLIOGRAFIA

http://www.chrisbosse.de/watercube/

http://www.geodomas.eu/es/geodomas-inicio/category/69-etfe-foil-

exciting-materials-.html

WATERCUBE: the book: Beijing National Aquatics Centre, People's

Republic of China, 2008. ETHEL BARAONA POHL. Editor DPR 2008

http://en.beijing2008.cn/46/39/WaterCube.shtml

http://www.nfpajournal-latino.com/?activeSeccion_var=50&art=304

TODOARQUITECTURA: Revista digital.

http://www.todoarquitectura.com/revista/40/sp04_ETFE.asp