Dresden
Alemania
Renovación de la cubierta de la estación central de Dresde en Alemania
Acerca de
Con una superficie de casi 33 000 m² y un plazo de ejecución de casi 4 años, la renovación de la cubierta del vestíbulo de la estación central de Dresde en Alemania es actualmente uno de los mayores proyectos de construcción con membranas.
En su análisis, Ralf Dinort, responsable del diseño estructural del proyecto con su empresa IF Group, arroja luz sobre los puntos críticos de la cubierta existente y cómo el nuevo concepto de diseño pretende evitar los problemas anteriores. Lo que no ha cambiado es su voto a favor del material de membrana Tenseo Xtrem GF 7000 del Grupo Serge Ferrari, en el que también confía para esta desafiante renovación.
De los túneles oscuros a una estación llena de luz
A finales del siglo XIX, la Estación Central de Dresde se erigió como ejemplo de construcción a gran escala, con una magnífica estructura de acero. La estación contaba con un edificio de tres naves con cerchas de acero de 240 metros de longitud. Sus impresionantes luces eran de 30 metros para los dos vestíbulos exteriores y de 60 metros para el vestíbulo central, cubierto en gran parte de cristal, que bañaba el espacio de luz, como si fuera un invernadero. Se trataba de un edificio de gran valor estético e importancia histórica, aunque sufrió graves daños durante la Segunda Guerra Mundial. Durante la época de la RDA, las vigas de acero se recubrieron de madera y se sellaron con cartón, alquitrán y piedras de pizarra. El resultado fue un edificio muy oscuro con una desagradable atmósfera de túnel. No fue hasta después de la reunificación cuando la Deutsche Bahn decidió renovar por completo la estación, para devolverle su condición de monumento emblemático de Dresde.
Diseño premiado con cubierta de membrana
Para esta renovación, los arquitectos Foster+Partners crearon un diseño que utilizaba la histórica estructura de acero como soporte al tiempo que introducía una forma ondulada inspirada tanto en la curvatura de las tres salas como en las ondulaciones del cercano río Elba. En aquella época, el uso de membranas textiles era muy popular y ampliamente debatido. Muchos arquitectos, entonces como ahora, exploraron este fascinante material, experimentando con su moldeabilidad flexible. Ya entonces, como en la renovación actual, se decidió utilizar el tejido de vidrio recubierto de PTFE, llamado Tenseo Xtrem GF 7000 del Grupo Serge Ferrari (antes de la empresa Verseidag). El resultado fue una maravillosa ligereza en la construcción y, gracias a su extraordinaria translucidez, se introdujo una gran cantidad de luz en la estación. Esta transformación encantó tanto a los usuarios como al cliente, ya que puso fin a años de oscuridad. De repente, toda la estación podía iluminarse, y la luz llegaba incluso a los rincones más recónditos.
Características del techo existente
El concepto arquitectónico de la textura del techo se vio influido por la dirección de las cerchas del vestíbulo. La orientación de la membrana, concretamente la dirección de la urdimbre, se alineó con el flujo de estas cerchas, y las costuras se colocaron en paralelo a las cerchas. Esta alineación era crucial para la arquitectura general y la estética de la estructura. Sin embargo, con el tiempo, esta elección de diseño se convirtió en una fuente de problemas.
Para responder a los requisitos específicos del diseño, se crearon puntos bajos en el techo, donde convergen las cerchas de las naves, concretamente en la «junta de anca», donde se unen las bases de las naves. Aquí, la membrana se bajó profundamente para crear una serie de «embudos». Estos embudos formaban parte integral del sistema de drenaje de la cubierta, canalizando el agua de las zonas de borde de las naves central y laterales.
La nueva cubierta se puso en servicio en 2006. Sin embargo, a finales de la década, se hizo evidente que la construcción de los embudos no era capaz de manejar las grandes cantidades de nieve y hielo que se deslizaban hacia ellos en forma de avalancha. Los embudos no podían gestionar y drenar adecuadamente la nieve y el hielo fundidos, lo que suscitó importantes preocupaciones.
El diseño de los embudos para gestionar el movimiento autopropulsado de las masas de nieve tuvo que reconsiderarse en el concepto de renovación de la cubierta, independientemente de la elección del material de la membrana.
Para descartar posibles factores del nuevo diseño, se realizaron investigaciones adicionales. Por ejemplo, se temía que los bloques de hielo que se deslizaran por los embudos pudieran cortar la membrana o que los carámbanos que cayeran de las claraboyas de nuevo diseño perforaran la membrana. Para responder a estas preocupaciones, el Grupo IF desarrolló una prueba en la que se dejaron caer estacas de madera afiladas de 12 cm de diámetro desde una altura de 6 metros sobre la membrana con distintos ángulos de impacto. Sin embargo, la membrana no sufrió más daños que una pequeña abrasión superficial y no se pudo cortar ni perforar.
En los últimos 20 años, los conocimientos sobre las propiedades de las membranas textiles han avanzado considerablemente. Las empresas de ingeniería con amplia experiencia en la construcción de membranas son ahora muy conscientes del aumento de las exigencias y los retos que plantean.
Optimización estructural de la cubierta de membrana
En 2018, el Grupo IF recibió el encargo de desarrollar un concepto viable para la renovación de la cubierta de membrana. La tarea exigía un respeto meticuloso del diseño original de Foster+Partners Architects. Para cada modificación que pudiera afectar potencialmente al diseño, el Grupo IF tuvo que preparar una plantilla de decisión para que Foster+Partners la revisara y aprobara.
¿En qué consistía el nuevo concepto?
Punto 1: Skylights para cubrir los embudos
Eliminar los embudos modificando la forma del techo no era una opción. Por tanto, la solución fue cubrir los embudos. Se integraron Skylights -esencialmente «ojos de cristal»- en la cubierta de membrana para cerrar estas entradas de embudo en forma ovalada y tridimensional. Esta Skylights consisten en una estructura de acero con tres vigas, que pueden girar libremente alrededor de su eje longitudinal en las cerchas de la nave para no imponer ninguna restricción a la membrana. La membrana está unida por los bordes, lo que permite que la nieve y el agua fluyan sobre esta superficie acristalada. Unas juntas abiertas de centímetros de ancho alrededor de los Skylights recogen el agua, y debajo de los Skylights, la membrana en embudo se conecta para garantizar el drenaje final. Este diseño desacopla eficazmente la membrana embudo de la membrana portante de la cubierta, con el skylight insertado como estructura separadora. La membrana embudo ya no cumple una función estructural, sino que sigue siendo un elemento decorativo y una capa de drenaje, fabricada con el mismo material que la membrana principal de la cubierta. Desde la perspectiva de un viajero en el andén, el aspecto sólo difiere marginalmente del diseño anterior.
Punto 2: Nueva orientación y formato de los elementos de la membrana
Foster+Partners quería evitar cualquier costura de ensamblaje, temiendo que interrumpiera la fluidez y disminuyera la estética. Las juntas discurren paralelas a los arcos, y construir un travesaño habría interferido con las directrices estéticas. Sin embargo, si se hubieran mantenido los grandes campos originales, habría sido imposible instalar estos largos segmentos de membrana sin arrugas ni pliegues.
La solución consistió en girar 90 grados la dirección de corte de las tiras de membrana -inicialmente paralelas a las cerchas- por dos motivos:
- la dirección de urdimbre de la membrana, que es más fuerte, se alineó con la dirección de retirada de la nieve, es decir, de cercha a cercha. Antes, algunos campos tenían que reforzarse con cables porque estaban alineados en la dirección de la trama, que tiene un 15% menos de resistencia a la tracción. Con la nueva orientación, ya no era necesario reforzar con cables, y ya no hay costuras de cercha a cercha, que podrían debilitar la resistencia a la tracción de la estructura de la membrana.
- las tiras individuales de membrana se limitan ahora generalmente a unos 10 metros, en lugar de recorrer 30-40 metros en paralelo a las cerchas antes de la siguiente costura. Ralf Dinort explicó: «Un tejido representa inicialmente sólo un plano. La forma la definen el corte y el ensamblaje. Cuantas más piezas utilice para crear esta superficie tridimensional, más fielmente podré reproducir esta tridimensionalidad. Esto apenas era posible con el tejado original, en el que sólo al final de un corte muy largo -a lo largo de la urdimbre- se podía retirar algo de material para aproximarse a la forma de la superficie de la silla de montar. Esta aproximación a la forma de la membrana anticlástica debía distribuirse a lo largo de toda la longitud, pues de lo contrario se producirían distorsiones del tejido. Esto sólo puede conseguirse mediante un fuerte cizallamiento, comparable al de un hilo dispuesto en ángulo recto que se deforma en forma de rombo. Hicimos las tiras de membrana más pequeñas y las dispusimos en cruz. Aunque esto no era exactamente lo que Foster+Partners había previsto en un principio, pudimos convencerles de que este concepto original necesitaba una revisión significativa».
Como resultado, los campos individuales entre dos cerchas de nave se dividieron en seis segmentos, lo que significa que cada campo contiene ahora cinco costuras de montaje, además del desacoplamiento adicional del embudo.
El resultado son unidades de montaje y transporte mucho más pequeñas, que reducen enormemente el riesgo de arrugas.
Recomendación para el mismo material: Tenseo Xtrem GF 7000 de Serge Ferrari (Verseidag)
Una vez establecidas las condiciones esenciales para planificar y ejecutar con éxito la estructura de la cubierta, se planteó la cuestión de si debía considerarse la posibilidad de utilizar un nuevo material para la sustitución completa. El Grupo IF recomendó utilizar el material de membrana original, GF-7000, para esta exigente renovación, ya que había demostrado su alta calidad a lo largo del tiempo. Ralf Dinort señaló: «Trabajamos con varios laboratorios y hemos realizado repetidamente las pruebas pertinentes para diferentes proyectos, desarrollando incluso nuestros propios métodos de ensayo. Por ejemplo, durante una tesis se desarrolló una prueba de flexómetro, que nos permite probar una amplia gama de materiales, incluida una prueba de doble pliegue muy informativa». El tejido de vidrio y PTFE GF-7000 de Verseidag obtuvo los mejores resultados, sobre todo en cuanto a resistencia a los pliegues. Para nosotros estaba claro que este material debía recomendarse de nuevo para el tejado de sustitución. Además, hemos experimentado a Verseidag y al Grupo Serge Ferrari como socios que colaboran estrechamente con la empresa de ingeniería para desarrollar detalles y mejoras viables. Siempre están receptivos para resolver problemas, iniciar investigaciones o realizar pruebas especiales para confirmar las bases de cálculo. Estos importantes factores de la colaboración conducen a soluciones óptimas para el cliente. Otro factor importante fue la gran transparencia en la producción de materiales, que se puso de manifiesto desde el principio durante las visitas al laboratorio o a la producción en Verseidag-Indutex en condiciones reales, donde se podía escrutar cada detalle.»
La decisión de utilizar el material original también favoreció el inicio temprano del proyecto, ya que sólo se necesitaron pruebas de confirmación y complementarias para los anteriores ZiE y UIG (procesos de homologación internos de Deutsche Bahn) creados en 2000/2001, lo que garantizaba su validez. Esto permitió utilizar los datos existentes y mantener el cumplimiento del extenso concepto de protección contra incendios, de 500 páginas, que habría necesitado una revisión completa si se hubiera elegido un material nuevo.
Requisitos de protección contra incendios también para la fase de construcción
Para esta cubierta de membrana de pabellón se requería el correspondiente certificado de protección contra incendios, que cumplió totalmente el tejido Tenseo Xtrem GF 7000 del Grupo Serge Ferrari con un certificado B-s1,d0.
Un aspecto clave del concepto de protección contra incendios era también la protección durante la fase de construcción. Para ello, el tejido también se consideró en la situación de instalación, es decir, en combinación con una red de plataforma (red de seguridad, que se fija 1 metro por debajo de la membrana) y una red de protección contra el polvo 50 cm más abajo. Hubo que aclarar el problema de la extracción de humos para el periodo de construcción previsto de 3 a 4 años, ya que en este caso había que tener en cuenta todo el paquete de capas. A continuación se llevaron a cabo pruebas reales de incendio con esta combinación, que demostraron que el tejido textil Tenseo Xtrem GF 7000 cumple todos los requisitos. Ya sea con o sin combinación con otros materiales: al estudiar el concepto de protección contra incendios, se puede ver que los requisitos para la membrana corren como un hilo rojo y se coordina mucho con ella.
Estricta gestión de la calidad en la producción y montaje de membranas
Un elemento crítico para evitar arrugas y mantener la resistencia del material durante la producción, el transporte y el montaje de los elementos de la cubierta de membrana fue un programa de control de calidad exhaustivo y muy estricto, que supuso un cambio con respecto a la construcción original. Se encargaron dos laboratorios independientes: DEKRA en Stuttgart por parte del contratista, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, y ELLF en Essen por parte del cliente, Deutsche Bahn.
El concepto de gestión de calidad del contrato de construcción incluye una serie de ensayos de materiales.
Además, Deutsche Bahn realizó otra serie de pruebas, simulando el comportamiento a largo plazo bajo diversos niveles de tensión en cámaras de carga. En estas pruebas se examinó tanto el material no dañado como el material con diferentes tipos de daños, centrándose en el comportamiento a largo plazo del material predañado.
Para garantizar una calidad uniforme en todas las fases de construcción, que abarcan desde 2022 hasta 2025, se toman muestras de tejido de cada lote de producción de la membrana y se someten a exhaustivos procedimientos de ensayo.
Acerca de Ralf Dinort, IF-Group
El ingeniero Ralf Dinort es director general y socio de IF Group, ingeniero für Flächentragwerke GmbH, empresa fundada en 1981 como estudio de ingeniería especializado en la construcción de membranas. La empresa ha crecido paralelamente a este campo de la arquitectura, desarrollando una profunda experiencia y dedicándose intensamente al tema a lo largo de los años. La cartera de productos se ha ampliado continuamente, y hoy la empresa se centra en todo tipo de estructuras ligeras de superficie, incluidas las complejas estructuras de cáscara. Estas estructuras, a menudo definidas por diseños de forma libre, son gestionadas por el Grupo IF desde el concepto inicial hasta la supervisión de la construcción. Además, la consultoría y los peritajes son áreas clave de su trabajo.
Han trabajado en el proyecto
Duración del proyecto: en tres fases de febrero de 2022 a 2025
Dirección del proyecto: DB Station & Service AG, Dresde
Planificación del diseño de la cubierta: Foster+Partners Architects, Reino Unido
Planificación general: EHS Beratende Ingenieure für Bauwesen, Lohfelden
Diseño estructural: IF-Group, IF-Ingenieure für Flächentragwerke GmbH, Reichenau
Dirección del proyecto: Vössing Ingenieurgesellschaft mbH, Dresde
Construcción: Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen
Dirección de obra: PTB Ingenieurbüro für Planung, Technologie und Bauüberwachung, Magdeburgo
Planificación del taller: Form TL, Radolfzell
Superficie total: aprox. 33 000 m² en 3 fases de construcción
Créditos de las fotos : Deutsche Bahn/VECTORVISION
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