BD Bacatá: Diseñando la cimentación del edificio más alto de Colombia

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1 32 diseño BD Bacatá: Diseñando la cimentación del edificio más alto de Colombia Ingeniero Alejandro Pérez Silva Proyectos y Diseños Ltda. La magnitud de las cargas, la profundidad de la excavación junto con las premisas de estabilidad de los vecinos obligan a un gran trabajo del equipo encargado de los estudios geotécnicos, el diseño estructural y la construcción de la torre, principalmente en su primera etapa, en la que se ha considerado llegar a nivel de la calle, habiendo efectuado el proceso de excavación y construido la cimentación y las placas estructurales de los sótanos. Descripción del subsuelo La estratigrafía encontrada corresponde a limos intercalados con coluviones de areniscas hasta profundidades de 50 y 60 metros. Los suelos encontrados presentan una diversidad de propiedades mecánicas, la penetración estándar tiene variaciones entre 4 y 50 golpes por pie, sin embargo para la magnitud de las cargas no es posible utilizar estratos diferentes a estrato de formación tipo arcillolita. El nivel freático se encuentra a una profundidad promedio de 12 metros, desde luego haciendo la salvedad de su posible varianza según el régimen de lluvias. En la tabla 1 se muestra un resumen de las propiedades mecánicas de los diferentes estratos de suelos encontrados en la exploración de campo. Introducción En donde quedaba el antiguo hotel Bacatá, carrera quinta con avenida 19 de Bogotá, se proyecta construir el BD BACATÁ, un ambicioso proyecto con múltiples objetivos, de renovación, usos, pero ante todo una construcción emblemática queriendo llegar a tener dentro de sus edificios el más alto de Bogotá. Se planea una edificación con estructura principal en concreto reforzado, para competir en altura con los grandes hitos de ciudades como Chicago y otras grandes urbes cosmopolitas. El proyecto contempla la construcción de dos torres, la mayor de ellas llegando a una altura de 216 metros medidos desde el nivel de la calle, alojando 67 plantas de uso arquitectónico diverso. Bajo el nivel de la calle se han proyectado 7 sótanos para parqueaderos llegando a una profundidad de excavación de 22 metros. Render del edificio BD Bacatá, que será el más alto de Bogotá. arquitectos asociados Sistemas de cimentación estudiados A partir de la exploración subsolar, los correspondientes ensayos de laboratorio, la edificación planteada y consecuentemente las cargas impuestas por el tipo de estructura seleccionado se plantearon tres alternativas posibles para estudio del soporte del proyecto. Placa sobre suelo mejorado Consiste en la utilización de inyecciones de mortero en el suelo subyacente con el objeto de mejorar la capacidad portante y utilizar una placa para apoyo del proyecto. Este sistema ha sido utilizado en numerosos proyectos en el mundo. Sin embargo, en Colombia para proyectos de gran escala, no ha sido utilizado. Después de varios análisis se descartó principalmente por el perfil de las torres que impone excentricidades muy altas, imposibles de compensar, ya sea con las mismas inyecciones o con la propia estructura, generando incertidumbre sobre el comportamiento de los edificios. Caisson La mayor parte de los edificios en altura localizados en la zona del llamado Centro Internacional de Bogotá y del propio centro de la ciudad, como por ejemplo la torre Colpatria, el edificio Avianca, la torre antiguamente construida para el hotel Hilton, fueron cimentados mediante este sistema. La recomendación inicial del estudio geotécnico realizado para el BD Bacatá fue

2 diseño 33 este sistema. Se recomendaron, inicialmente, pilas acampadas a una profundidad de 30 metros bajo la placa de contrapiso (último sótano del proyecto), a una capacidad de 150 ton/m 2. Render de los sótanos que compondrán el proyecto. Arquitectos Asociados Pilotes profundos Los estudios finales confirmaron la dificultad de atravesar los diferentes estratos de suelo conformados por bolos de piedra o cantos rodados manualmente. El uso de explosivos, los riesgos, la estabilidad de las construcciones vecinas, el costo y el tiempo requerido, hicieron necesario la búsqueda de otra alternativa para la cimentación del proyecto. De esta serie de análisis y premisas se desprendió el planteamiento de la utilización de pilas cilíndricas excavadas mediante el uso de máquinas de gran envergadura, con diámetros mínimos de 2 metros para las columnas de las torres y diámetros menores para cargas inferiores provenientes de la plataforma comercial. Así mismo se recomendó el diseño de una placa de concreto a nivel del séptimo sótano capaz de soportar los esfuerzos hidrostáticos generados por el nivel freático. Esta carga se estimó en 10 ton/m 2, valor concordante con la diferencia entre la cota de excavación del último sótano (22 metros) y la cota de nivel freático encontrado. Estrato Profundidad (m) Qu (Kg/cm 2 ) c (kg/cm 2 ) Corte transversal de la torre BD Bacatá. N (golpes/pie) Arquitectos Asociados Tabla 1. Resumen de las propiedades mecánicas de los estratos de suelo encontrados en la exploración de campo. Cortesía ESPINOSA Y RESTREPO (*) E (Ton/m 2 ) 1 0,00-0,10/0,80 / / / / / 2 0,10-0,50/0,70 / / / / / 3 0,10/0,80-2,50/6,50 1,00 0,50 2 a 7 / ,50/6,50-4,00/18,00 / / 10 a ,00/18,00-18,50/20,00 / / / ,50/20,00-20,50/24,00 1,50 0,75 21 a 91 / ,50/24,00-54,50 / / / ,50-57,00 24,6 12,3 / Diseño de la cimentación Los parámetros utilizados para el dimensionamiento de las pilas corresponden a un análisis conjunto entre los especialistas geotécnico y estructural Es importante tener presente que la magnitud de las cargas por eje estructural, en algún caso cercano a toneladas, provocó la búsqueda de capacidades superiores a las inicialmente recomendadas en el estudio final. La estructura, además de los pilotes, se compone de una placa en dos direcciones con vigas principales con profundidades de 1,5 m, nervios secundarios de 1 m de altura en ambas direcciones y una losa de 30 centímetros de espesor. Toda esta estructura es capaz de resistir la subpresión correspondiente a los cálculos geotécnicos.

3 34 diseño (formando 15 grados con la horizontal), logrando un anclaje mediante el mismo terreno contenido, en una longitud que supera las líneas de falla de la presión horizontal ejercida. Este sistema garantiza la estabilidad contra los empujes horizontales, permitiendo alcanzar la cota de excavación sin ninguna estructura de contención adicional. Esta propuesta no fue escogida debido a que en los primeros 10 metros de excavación, casi un 50% de la altura pretendida, se encuentran una gran cantidad de redes de servicios públicos y sótanos de construcciones vecinas. Corte Estructuras de contención La profundidad de la excavación, 22 metros desde el nivel de la calle, para dar cabida a los siete niveles principalmente de parqueo, hicieron que las estructuras proyectadas para la contención de la excavación y la estabilidad de los vecinos tomen una importancia prioritaria dentro del proyecto. Para estos efectos se estudiaron dos alternativas Planta y sección transversal de la cimentación. Cortesía P y D Pantallas excavadas previamente con estructuras internas de acodalamiento Esta alternativa contempla la construcción de un muro igual a la alternativa anterior, con la diferencia de que se utilizará una estructura desde el mismo interior del lote para darle soporte horizontal al muro en la medida que avanza la excavación. Con ello se controlan los empujes activos del suelo mediante la presión pasiva potencialmente existente en el extremo opuesto de la excavación. Las estructuras de contención internas se apoyan en pilotes construidos temporalmente para tal efecto. Proceso de excavación A grandes rasgos, el proceso de excavación se planeó para acometer etapas de diferentes alturas, construyendo en la medida del avance, losas de entrepisos de los sótanos. Una vez se construya la pantalla excavada previamente, los pilotes constructivos y los pilotes de la edificación, se construirá el anillo codal a nivel de primer piso. En seguida se procede con la excavación hasta primer sótano, se construye este mismo anillo codal a nivel de este sótano, y así se continúa con etapas parciales hasta niveles de segundo, cuarto, sexto y séptimo sótano, hasta obtener una estructura interior que estabiliza los empujes laterales y permite el inicio de la construcción de las torres, empalmando los restantes sectores de entrepiso no construido a niveles de los sótanos usados para el control de los empujes. Pantallas excavadas previamente atirantadas Consiste en la construcción del muro de contención mediante máquinas utilizando almejas o cucharas en tramos de longitudes de aproximadamente 2 metros. Una vez se tenga la totalidad del muro, se inician las excavaciones en alturas aproximadas de 5 metros, se construyen anclajes en sentido casi normal al muro Anillos de estabilización de empujes horizontales durante la excavación. Cortesía P y D Conclusiones El proceso de diseño coordinado ha llevado a buscar unas recomendaciones para la fundación de las torres acorde a las cargas como por ejemplo: Se eligió un proceso constructivo con la premisa de garantizar la estabilidad del vecindario, dada la profundidad de la excavación, única en el sector. Este proceso será monitoreado permanentemente durante toda la construcción. Se han empleado máquinas de gran envergadura para la construcción del pilotaje, reemplazando las viejas técnicas de excavación manual y pilas acampanadas, que reducen tiempo en la construcción pero por sobre todo los riesgos durante su ejecución.

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