Hoy en día los conciertos, sobre todo los de música pop, son cada vez más desmesurados. En consecuencia, el equipo de luces y sonido que utilizan los artistas es grande y pesado. Sin embargo, los techos y pórticos de iluminación tienen límites de carga que es preciso monitorizar de manera efectiva. El control de carga de la peculiar cubierta del estadio Olympiahalle de Múnich supuso un gran desafío para los ingenieros, que se revolvió gracias a la tecnología de medición de HBM.

La arquitectura del Parque Olímpico (Olympiapark), construido en 1972 en Múnich con ocasión de los XX Juegos Olímpicos quería simbolizar la libertad y la democracia, en contraste con los Juegos Olímpicos de Berlín de 1936.

La cubierta, mundialmente famosa, fue diseñada por el grupo de de arquitectos de Behnisch & Partner, junto con Frei Otto, y abarca el estadio, la piscina olímpica indoor y el Olympiahalle Arena, además del espacio de separación entre estas instalaciones deportivas. Las instalaciones están ubicadas en un parque de 850 000 m2, con colinas y un lago artificial. Como algunas de las instalaciones deportivas se encuentran por debajo del nivel del suelo, la amplia cubierta curva de 80 000 m2 es un impresionante punto focal del Parque Olímpico. La cubierta consiste en una estructura de cable de acero, suspendida sobre pilotes de hasta 80 m y revestida de placas de vidrio acrílico.

La estructura de la cubierta soporta la iluminación

La estructura de la cubierta del Olympiahalle Arena, con dos vigas principales y cuatro pórticos de iluminación, está suspendida en cuatro puntos.

Durante los Juegos Olímpicos de 1972, el Olympiahalle albergó las competiciones de gimnasia y balonmano, pero hoy día se emplea principalmente para celebrar conciertos y otros grandes eventos. Los organizadores dedican un importante esfuerzo a la iluminación, sobre todo en los macroconciertos.

El Olympiahalle Arena dispone de cuatro pórticos de iluminación, orientados de este a oeste bajo la cubierta en forma de tienda de campaña. Los organizadores de eventos suspenden su tecnología de esos cuatro pórticos. Estos cuatro pórticos de iluminación están estáticamente determinados y unidos a dos soportes principales orientados de norte a sur. Los dos soportes también están estáticamente determinados y, a su vez, están suspendidos por cables de acero que se apoyan en puntales. Los cables también soportan el tejado piramidal.

La transición entre los soportes principales y el cable de suspensión se resuelve por medio de un husillo roscado, de 80 o 110 mm de diámetro, que recorre la viga de apoyo. Hay un rodamiento de agujas entre el husillo y la viga de apoyo, que evita que el husillo sufra cargas de flexión en dirección norte-sur. Debido al uso inicial que se dio al recinto, no se planificó una movilidad similar de oeste a este.

Toda la estructura, es decir, los soportes principales, los pórticos de iluminación, la iluminación fija y la tecnología de sonido y vídeo, pesa en total unas 350 toneladas. Como está suspendida de cables, se comporta como un columpio. En los conciertos, es normal encontrar cargas distribuidas de modo poco uniforme en dirección oeste-este, porque los escenarios suelen colocarse en un lateral. Se produce entonces un desplazamiento de toda la estructura de los pórticos y los husillos roscados se ven sometidos a una carga de flexión imprevista.

Por lo tanto, cuando se renovó el Olympiahalle Arena, Stadtwerke München, la empresa pública del ayuntamiento de Múnich que es propietaria del complejo, decidió conjuntamente con Olympiapark GmbH, el operador, instalar un sistema de monitorización que sirviera para medir la carga de flexión sobre los husillos del edificio y para llevar un seguimiento continuo del peso de los equipos que se suspenden en cada evento y de su distribución a lo largo de los pórticos.

Los husillos roscados a los que se une toda la estructura de la cubierta están equipados con extensómetros que pueden detectar la flexión de los husillos

Grandes exigencias a la tecnología de medición

Antes de iniciar cualquier montaje, el organizador de un concierto tiene que informar a Olympiapark GmbH de lo que se conoce como planos de suspensión de cargas, e indicar qué cargas tiene intención de aplicar a los pórticos de iluminación. Antes solo era posible medir las cargas reales mediante laboriosas mediciones individuales, cosa que resultaba muy complicado de llevar a cabo para el organizador, que trabaja con plazos muy ajustados.

En vista de que la tecnología de los conciertos es cada más extravagante y que la estructura general está rozando los límites de su capacidad de carga, es necesario contar con un sistema de control que compruebe las cargas aplicadas y su distribución a lo largo de los pórticos. Stadtwerke München encargó a la empresa Dr. Linse Ingenieure GmbH que comprobara la viabilidad de un sistema adecuado, así como su planificación e instalación. Esta empresa fue fundada en 1997 como una oficina de ingeniería, aunque desde 2006 ejerce sus actividades en su actual forma corporativa como una empresa de ingeniería independiente, con capacidad de planificación, ensayos y consultoría en numerosos campos de la ingeniería civil.

El control de carga en el estadio Olympiahalle planteaba grandes exigencias a la tecnología de medición. El planteamiento original de la empresa pública de incorporar galgas extensométricas en los soportes de suspensión de los pórticos de iluminación y en los husillos, con el fin de determinar la deformación y, en consecuencia, el peso suspendido, se descartó muy pronto tras realizar un análisis por ordenador, ya que la precisión de medición que era posible conseguir (500 kg) no era suficiente.

“Las grandes fluctuaciones de temperatura en la sala eran otro problema importante”, explica el Dr. en Tecnología Robert Schmiedmayer, socio de Dr. Linse Ingenieure, la empresa responsable del proyecto. Durante los meses de invierno, la temperatura en el interior de la sala vacía es de unos 15 °C. Pero como los focos generan una enorme cantidad de calor residual, la temperatura en el área del pórtico de iluminación durante un evento puede alcanzar los 45 °C.

Efectos de la temperatura y CEM bajo control

En total, se han instalado cuatro amplificadores QuantumX MX840A en la estructura de la cubierta del Olympiahalle
La medición se realiza en los puntos en los que los pórticos en funcionamiento están suspendidos de los soportes principales

 

Para asegurar una medición fiable y precisa, los expertos de Dr. Linse Ingenieure diseñaron una solución estructural muy peculiar. En la zona de la suspensión del pórtico de iluminación soldaron dos soportes metálicos para los extensómetros en la parte inferior de los soportes principales (zona de compresión), en dos puntos.

Las variaciones de carga sobre el pórtico de iluminación hacen que la viga de apoyo se deforme. La deformación se transmite a su vez a los extensómetros a través de los soportes metálicos. En este caso se utilizan extensómetros tipo SLB700A de HBM. Los extensómetros funcionan con puentes completos de galgas extensométricas construidos en acero inoxidable y presentan una desviación del cero muy baja y una buena compensación de la temperatura. Para lograr una medición más precisa, se dotó a los extensómetros de una carcasa de aislamiento. “Esto permitió minimizar lo que en algunos casos eran fluctuaciones de temperatura extremas, así como los gradientes de temperatura asociados”, explica el Dr. Schmiedmayer. “También instalamos transductores de temperatura en las carcasas, para obtener una compensación adicional de temperatura”.

La estructura es aún más compleja para los cuatro husillos de los soportes principales. Para esta zona, los ingenieros diseñaron tuercas cuatripartitas que encajan exactamente en los husillos roscados y que pueden mantenerse en posición mediante una conexión atornillada. Dos de estas tuercas en cada uno de los husillos roscados actúan como soportes para cuatro extensómetros. A diferencia de los pórticos de iluminación, estas no están conectadas en paralelo sino que se evalúan por separado. Esto permite detectar cualquier flexión de los husillos que esté asociada a una carga y que no pueda compensarse con los rodamientos de agujas.

Los ingenieros también tenían que controlar los efectos de la interferencia electromagnética. “En las primeras pruebas preliminares, nos dimos cuenta de que cuando se encendían y apagaban los grandes focos más cercanos a los elementos de medición se producían interferencias importantes”, recuerda el Dr. Schmiedmayer. En consecuencia, fue preciso emplear cables de medición apantallados, que se tendieron por el interior de canaletas metálicas cerradas continuas, para duplicar el efecto de apantallamiento.

Al mismo tiempo, se procuró que ninguno de los cables de medición midiera más de 20 m. Como amplificadores, se emplearon módulos MX840A del sistema de adquisición de datos QuantumX de HBM. Cada uno de estos amplificadores compactos tenía ocho canales y se instalaba fácilmente en la estructura del pórtico, lo que permitía que los cables de medición fueran cortos. Un total de cuatro amplificadores transmiten los datos de medición por medio de un enlace de fibra óptica interpuesto a un módulo gateway CX27, que sirve como nodo de medición central.

Las sobrecargas se indican mediante semáforos

Todos los elementos de adquisición y análisis de datos se alojan en un armario eléctrico, dentro de la cabina de iluminación

El módulo gateway QuantumX CX27 se aloja en un armario eléctrico en el sistema de luces del Olympiahalle, junto con la fuente de alimentación, un SAI y los componentes de red. Desde ahí, los datos de medición se transmiten vía TCP/IP al centro de cálculo de Stadtwerke München, donde los recibe el servidor oportuno.

El nodo de medición también activa un display directo del control de carga. Un gran conjunto de semáforos, claramente visible desde el interior del Olympiahalle,, indica la carga que se ha alcanzado. Si el semáforo se ilumina en color ámbar, significa que se ha alcanzado la carga prevista para el evento o el 98% de la carga máxima del pórtico. Si se alcanza la carga máxima de la estructura, el semáforo se ilumina en rojo. Esto indica al responsable de la sala que los trabajadores deben interrumpir el montaje inmediatamente y que es necesario retirar parte de la carga de los pórticos de iluminación.

En el servidor del centro de cálculo se encuentra instalado el software catman®AP de HBM, que se emplea para configurar y efectuar la monitorización de la carga. Es posible especificar las cargas admisibles para

  • cada punto de medición,
  • los pórticos de iluminación,
  • y los soportes principales,
  • así como la carga total,

para un evento concreto. El intervalo de alerta precoz, que determina el momento en el que el semáforo del Olympiahalle cambia de verde a ámbar, puede configurarse en el servidor. La frecuencia de medición y, por consiguiente, también el control de los semáforos es de 1 Hz. En lo que respecta al archivo de datos, en cada caso se almacena el valor medio y el valor máximo en un minuto.

Si se produce una situación de sobrecarga o un fallo del sistema, se informa al administrador por correo electrónico y SMS. Los datos medidos se almacenan y, al mismo tiempo, pueden consultarse desde distintos puntos, a través de Internet.

Medición muy precisa

Después de instalar todos los componentes y sistemas en la primavera de 2010, se procedió a calibrar el sistema de monitorización de carga. Para ello se instalaron distintas cargas, de hasta tres toneladas, en distintos puntos de los pórticos. Esto permitió alcanzar la precisión de medición prevista del 2% de la carga, o 100 kg para las cargas más pequeñas.

El Dr. Schmiedmayer confía en los resultados del sistema que ha diseñado e instalado. “La resolución es tan buena que a partir de los datos de medición puedo ver cuándo y en qué parte de los pórticos de iluminación estaba trabajando. Solo fue necesaria una deformación térmica de los pórticos de acceso y deformaciones asociadas en el sistema para obtener variaciones dependientes del sistema en los valores medidos, que solo afectaban a los pórticos inmediatamente contiguos y que conformaban menos del 1% de todo el margen de medida”.

La precisión y fiabilidad de los componentes de la tecnología de medición de HBM contribuyen significativamente a estos resultados. El ingeniero conoció a HBM durante sus estudios en la Universidad Tecnológica de Múnich. “El buen asesoramiento que HBM me proporcionó y el conocimiento metrológico de sus empleados también me hicieron sentir que estaba en buenas manos”. Así se resume su experiencia.

En lo que respecta al Olympiahalle, el sistema de control de carga se ha convertido en una ventaja para el emplazamiento. Algunos promotores de conciertos inician en Múnich grandes giras de conciertos. Si la tecnología de la iluminación cumple los estrictos requisitos de Múnich, está claro que otros operadores de salas pueden confiar en la información que les  proporciona el organizador del concierto.

Dr. Linse Ingenieure GmbH

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