Análisis y Modelación Estructural del Hotel Blau Varadero.

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1 Revista de Arquitectura e Ingeniería E-ISSN: melena-torrensp@empai.co.cu Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería de Matanzas Cuba Pérez, Héctor Alfonso Análisis y Modelación Estructural del Hotel Blau Varadero Revista de Arquitectura e Ingeniería, vol. 2, núm. 1, abril, 2008 Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería de Matanzas Matanzas, Cuba Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 Análisis y Modelación Estructural del Hotel Blau Varadero. Prof. MSc. Ing. Héctor Alfonso Pérez Ingeniero Principal Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería. Miembro UNAICC Telf: (45)291802, Ext hector-alfonso@empai.co.cu RESUMEN Se realiza la modelación del hotel Blau Varadero formado por dos edificios de 9 plantas en los extremos y 13 el central. La estructura tiene forma piramidal logrando grandes espacios interiores con gran altura y visuales a todos los pasillos. Dada esta configuración, en fase constructiva, el edificio trabaja como una viga inclinada en voladizo; y cuando se termina de ejecutar el trabajo es como un arco y los estados tensionales son otros. En el análisis se partió de la premisa de no realizar una falsa obra para sostener la gran estructura por su alto costo. En el diseño se emplearon tecnologías de punta como los entrepisos de encofrado colaborante y tensores metálicos para colgar los pasillos. El análisis conllevo 51 corridas para llegar a un resultado final: las tres partes del hotel Blau Varadero están ejecutadas y sus elementos han respondido según lo esperado en el diseño. ABSTRACT It is made the modeling the hotel Blau Varadero which is formed by two buildings with 9 stories in the endings and 13 at the central part. The structure has pyramidal form achieving big interior spaces with great height and visual to all the corridors. Given this configuration, during the construction phase, the building works as a beam bowed in cantilever; when this phase is over, it will work as an arch and the tensing states will be others. For the analysis, it was assumed, as premise, not to carry out a false work to sustain the great structure because of their high cost. For designing, it was used new technologies as collaborate sublevels framework and tensile metallic. The analysis required 51 run to arrive to a final result: the three parts of the hotel Blau Varadero are already constructed and its elements have behaved as expected since designing. Palabras Clave: elementos finitos, estructura, diseño, modelación, tensores Keywords: finite elements, structures, design, modeling, tensile

3 INTRODUCCION Se trata de la nueva construcción de un hotel compacto con trece niveles en total en la playa de Varadero, Cuba. En un terreno de 5,13 ha, limitada al norte por la línea de protección costera, al sur del Paseo de Los Taínos, y al oeste el corredor de acceso a la playa y la parcela VI de los Taínos. Dicho hotel será de categoría 4 estrellas con un total de 395 habitaciones de dos plazas en cada una de ellas. La obra se ejecutará en una sola fase desde su comienzo hasta su terminación partiendo del mes de marzo del año En la actualidad se encuentra terminada la estructura portante del edificio con adelantos en el cronograma previsto para ejecución. En este trabajo se presenta el análisis estructural de proyecto que se realizo para optimizar una estructura muy compleja, modelando el edificio en elementos finitos y introduciendo tecnologías que representan un ahorro muy importante en el presupuesto de la obra y en el tiempo de ejecución. DESCRIPCION ARQUITECTONICA El edificio está compuesto por tres bloques separados por juntas de expansión, a los que se les llamó Ala Izquierda, Atrio Central y Ala Derecha en función de su ubicación con respecto a la entrada principal. El atrio central es un edificio en forma piramidal, de 13 pisos de altura, con un gran atrio hueco en su centro que realza la importancia del lobby. Las alas Izquierda y derecha son edificios de fachadas escalonadas y culatas rectas con 9 pisos de altura, logrando grandes espacios abiertos en su interior. La modulación del edificio es de 8.6m 8.6m para lograr los grandes espacios necesarios en las áreas nobles que se desarrollan en los niveles y ±0.00. En los niveles superiores se desarrollan las habitaciones, utilizando un módulo para dos de ellas. Para lograr el escalonamiento en los tres edificios y los espacios libres interiores se desplazan límites del entrepiso 2.15m entre un nivel y el superior, quedando un voladizo por la parte interior que va cerrando el edificio a medida que aumenta y el mencionado escalonamiento en la parte exterior. Producto a la fragmentación por las juntas el edificio puede analizarse como tres estructuras independientes, siempre y cuando se tenga una valoración de que las flechas entre uno y otro no superen unos límites funcionales para la junta de expansión. CONCEPCION ESTRUCTURAL Dada la arquitectura de los edificios se proyecta para los niveles inferiores (hasta sófito de losa de nivel +6) sobre columnas y a partir de este nivel se sigue sobre muros de hormigón armado con la modulación de 8.60m según se puede ver en la figura 1. La superposición de los muros de hormigón armado y su continuidad estructural, lograda por el adecuado empalme de los aceros verticales, hacen que estos funcionen como una viga inclinada de un gran peralto. Se solicitó por la inversión que la obra sea autoportante tanto en la etapa ejecutiva como una vez culminada la obra, de forma tal que no fuese necesario realizar falsa obra para la ejecución. Con esta directiva de trabajo se calcula la obra para dos etapas: fase final, entiéndase la obra ejecutada totalmente y las cargas de explotación actuando sobre ella, y fase constructiva, sin el cierre estructural que se realiza en el último nivel y las cargas de construcción. En la

4 fase final se coloca en el último nivel unas vigas de conexión entre los muros de hormigón armado que permite que trabaje la estructura como si fuese un arco; pero en la fase constructiva, en que este elemento no existe, cada banda trabaja como una gran viga en voladizo hacia delante y apoyada en las columnas. Producto de esto se ha requerido refuerzo por construcción, que se trató por todos los medios de que fuese el mínimo posible, que no trabajará en estado final. Vinculo estructural entre caras del edifico Cara norte Cara sur Figura 1 En las plantas que están sobre columnas se proyectaron vigas de hormigón armado sobre las cuales se coloca el sistema de entrepiso, en las plantas que están sobre muros el entrepiso apoya directamente sobre este. Para el entrepiso se utiliza el sistema de losas nervadas con encofrado perdido colaborante, tipo steel deck. Dicho sistema consiste en unas canaletas de calibre 0.96mm, con acero de límite de fluencia igual a 280MPa (40.6ksi) y un galvanizado G-90 (275g/m²), a los cuales se les coloca una carpeta de hormigón hasta completar un peralto de 260mm en los niveles de habitaciones ó 300mm en los niveles de las áreas públicas o nobles. Para lograr estas luces de 8.60m se debe reforzar en cada nervio con una barra de acero #8 ( 25mm) en los niveles de habitaciones ó una barra #8 ( 25mm) y otra #5 ( 16mm) en los niveles de las áreas nobles como acero positivo y colocar sobre los apoyos un acero negativo consistente en una barra #8 ( 25mm) y otra #5 ( 16mm) en los niveles de las áreas nobles y en las áreas de pasillo de las zonas habitacionales y una barra #8 ( 25mm) en las zonas de habitaciones. El sistema de entrepisos con encofrado perdido colaborante tiene una serie de ventajas como son: Grandes luces Bajos consumos de hormigón. Estructuras con poco peso muerto. Provee de una plataforma de trabajo segura para los trabajadores del piso superior y una cubierta para los trabajadores del piso inferior. Pocos requerimientos de apuntalamiento. Construcción muy rápida y sencilla.

5 Alta resistencia al fuego. Entre las ventajas que definieron el sistema es que para las zonas de habitaciones el consumo de hormigón es el equivalente al de una losa de 9cm de espesor para una luz de 8.6m y en las áreas nobles la equivalencia es a una losa de 14cm de espesor. El sistema también tiene inconvenientes como son que solo trabaja en una dirección, lo cual complica los voladizos que salen perpendiculares a la luz de trabajo en la parte interior de los edificios para conformar los pasillos. Para solucionar este problema se decidió utilizar tensores pasivos de acero con los cuales estos pasillos quedaban colgados de los muros de los pisos superiores, añadiéndose una viga de borde que facilita el trabajo estructural del conjunto. En las alas izquierda y derecha el tensor sostiene el entrepiso de un piso P, atraviesa en entrepiso superior P+1 y se cuelga del tímpano que se desarrolla sobre ese piso P+1. En el atrio central el tensor sostiene en entrepiso P, atraviesa y sostiene el entrepiso superior P+1 y atraviesa el segundo entrepiso P+2 para colgarse del muro de hormigón que se desarrolla sobre este piso P+2. En el atrio es necesario atravesar mayor número de tímpanos pues como el pasillo se desarrolla a 45 con respecto a los tímpanos el pasillo vuela mucho más y en el nivel superior aún no ha encontrado un tímpano para colgarse. Para evitar tensiones parásitas se han colocados los tensores verticales. Para tomar las cargas horizontales, en este caso de viento, se desarrollaron sistemas de cajas de escaleras y elevadores que están vinculadas con las habitaciones por los pasillos o pasarelas que vinculan las habitaciones de la cara norte y las de la cara sur. Estas pasarelas trabajan como vigas que se flectan en su sentido horizontal para trasmitir a los núcleos rígidos del edificio estas cargas. Por otra parte la configuración del edificio (inclinada) reduce la fuerza de viento y para el viento en la otra dirección se cubre un edificio con otro con lo cual se reducen los esfuerzos considerablemente. Para la cimentación existía un problema que proviene de la configuración del edificio y que consiste en que existen zonas con muy poca carga y otras de muy alta carga. Esto provoca que para cimentación superficial sobre arena de Varadero se provocan asientos diferenciales mayores que los admisibles. Por esto se decidió ir a una cimentación sobre pilotes que se apoyan en la roca calcarenita. Esto implico que el edificio esta apoyado en 1047pilotes prefabricados. De esta forma el asiento diferencial se reduce a cero. MODELACION ESTRUCTURAL Para la determinación de los esfuerzos interiores de los elementos que componen la estructura en cuestión se utilizó un programa de elementos finitos profesional. Se realizaron los 6 modelos siguientes: Ala Izquierda en etapa final, o sea, la estructura totalmente ejecutada y las cargas de explotación, según la norma. Compuesto por nudos, 2859 frames y elementos finitos. Ala Izquierda en etapa constructiva, las alas en el nivel inferior, al cual produce el enfrentamiento (sin enfrentar con un elemento estructural) y las cargas de construcción normadas. Compuesto por nudos, 2596 frames y elementos finitos.

6 Atrio Central en etapa final, con los elementos que cierran el lucernario central y las cargas de explotación, según la norma. Compuesto por nudos, 2326 frames y elementos finitos. Atrio Central en etapa constructiva, sin los elementos que cierran el lucernario central y las cargas de construcción según la norma. Compuesto por nudos, 2152 frames y elementos finitos. Ala Derecha en etapa final, o sea, la estructura totalmente ejecutada y las cargas de explotación, según la norma. Compuesto por nudos, 1875 frames y elementos finitos. Ala Derecha en etapa constructiva, las alas en el nivel inferior, al cual produce el enfrentamiento (sin enfrentar con un elemento estructural) y las cargas de construcción normadas. Compuesto por nudos, 1770 frames y elementos finitos. Para la etapa final se utilizaron las cargas estipuladas para la construcción en cuestión, según la NC-248:2003 Edificaciones. Cargas de uso, NC Acción de los tabiques y cargas concentradas sobre losas de hormigón, NC-283:2003 Densidad de materiales naturales, artificiales y elementos de construcción como carga de diseño y NC-285:2003 Cargas de viento. Método de cálculo, todas estas fueron también complementadas con la NC-45-9:1999 Bases de diseño y construcción para inversiones turísticas. Quedando como carga de uso de las habitaciones 150kg/m²; carga de uso del área de Lobby y zonas nobles de los niveles 3.00, y +3.00m, 400kg/m²; carga de tabiques divisorios ligeros en todos los niveles que los hubiese 200kg/m²; además los pesos que generaron las losas, vigas y columnas por peso propio, el peso del tipo de piso que se especifica en arquitectura, el relleno de piso necesario para nivelar y dar las pendientes especificadas (dicho relleno será ligero, no tradicional, con un peso máximo de 1200kg/m³ pudiéndose usar hormigón aligerado, poliestireno u otro que cumpla con las condiciones necesarias) y las cargas de viento. Así mismo, se obtuvieron las combinaciones para carga final de explotación como: Carga Permanente + Carga de Uso Carga Permanente + Carga de Viento Carga Permanente + Carga de Uso + Carga de Viento Para la etapa de construcción la carga de uso se redujo solo a una carga de construcción de 100kg/m², se tuvo en cuenta la acción de la carga del viento dado la fecha y el período de ejecución de la obra, durante el cual existen posibilidades de la presencia de un ciclón. Cada una de las cargas y las combinaciones en general, fueron afectadas por sus respectivos coeficientes según lo normado en la NC Se utilizaron 4 elementos finitos diferentes que solucionaban la losa del sistema de entrepiso, los tímpanos entre habitaciones, los tímpanos de ascensores y las zonas de losa de hormigón armado. Como elementos frame se introdujeron 4 tipos diferentes de columnas según las necesidades de arquitectura y los esfuerzos a que están solicitados, 1 tensor metálico que soporta los voladizos, 4 tipos de vigas que existen en el edificio y 2 elementos de tranque entre las partes norte y sur del edificio. Como materiales se definieron el hormigón armado de 30Mpa para los elementos de este material y acero con las características mecánicas que daba el suministrador de los tensores metálicos.

7 En el caso del atrio central el edificio era simétrico con respecto al eje perpendicular al lado mayor del desarrollo del hotel (eje de simetría norte-sur) por lo cual se modeló medio edificio. Se definió que en los puntos de simetría existirían traslaciones en el eje vertical y en la horizontal en la dirección del eje de simetría, y no habría traslación en el eje horizontal perpendicular al eje de simetría. Por otra parte se permitieron rotaciones alrededor del eje horizontal perpendicular al eje de simetría y se restringieron en el eje horizontal paralelo al eje de simetría y en el eje vertical. De esta forma quedo simplificada a la mitad la estructura y a una cuarta parte las matrices que se deben crear. Finalmente se obtuvo un grupo de modelos que barrían todo el edificio con todas las cargas y estados que podían suceder. De este resultado se pudo obtener un diseño optimizado y rápido de un hotel de geometría complicada para el diseño estructural. CONSIDERACIONES FINALES En la actualidad la estructura portante del hotel Blau Varadero es una realidad. Todos los elementos se han comportado tal y como estaban previstos y hemos podido realizar una regresión en los modelos de análisis partiendo de las deformaciones y los comportamientos que hemos medido en la edificación. El proyecto ha sido ejecutado tal cual fue concebido y se han consumido los volúmenes de materiales que se estimaron en el trabajo de gabinete. Los índices de consumo de acero y cemento han sido aceptables lo cual ha ayudado a la economía de la obra. En el proceso de modelación pudimos llegar a un concienzudo análisis de la forma de trabajo y el estado tensional de todos y cada uno de los elementos y ello permitió optimizar las secciones y el trabajo en general de la estructura. Finalmente hemos correlacionado los resultados del comportamiento del edificio ejecutado con el modelo creado para el análisis y se han obtenido muy buenas congruencias por lo cual podemos decir que el modelo esta correctamente elaborado y el edificio esta optimizado.