Proyecto y construcción de dos torres de 235 m de altura en Madrid: Similitudes y diferencias entre estructura mixta y estructura de hormigón
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- Inmaculada Correa Henríquez
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1 Proyecto y construcción de dos torres de 235 m de altura en Madrid: Similitudes y diferencias entre estructura mixta y estructura de hormigón Miguel GÓMEZ NAVARRO MC-2, Estudio de Ingeniería, Madrid Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid - UPM Proyecto de estructuras de hormigón 19 de octubre de 2007
2 Cuatro Torres 2
3 Cuatro Torres 3
4 Torre Espacio Antigua Ciudad Deportiva del Real Madrid, Paseo de la Castellana, Madrid Inmobiliaria Espacio (Grupo Villar Mir) Arquitecto: Pei, Cobb, Freed & Partners, NY Proyecto constructivo: 2003 Supervisión: LERA, NY Constructora: OHL Geometría del edificio 4
5 Alturas y superficies 219,15 m de altura sobre rasante 18,40 m bajo rasante (6 sótanos) 62 plantas (6+56) Altura de planta tipo: 4 m m 2 sobre rasante m 2 bajo rasante Parcela: 75x100 m Geometría del edificio 5
6 Dimensiones en planta 42,9 m 34,8 m 42,9 m Geometría del edificio 6
7 Condicionantes Decisión a priori sobre el empleo de hormigón al máximo Supervisión dinámica de la dirección de proyecto Consideración de procesos constructivos precisos Análisis detallado de variantes en proyecto constructivo Máxima sistematización de las soluciones 7
8 Cimentación Losa de cimentación pretensada (37φ0,6 pm) de gran canto (4 m) Asientos máximos 6 cm σ med < 7 kg/cm 2, σ máx < 11 kg/cm 2 Es necesario limitar el rozamiento losa-terreno (μ max 0,50) Armadura de cortante 8
9 Cimentación 9
10 Forjados: características Losas de hormigón armado de 0.28 y 0.35 m de canto Gran facilidad constructiva Numerosos huecos 7 m Luces entre 7 y 12 m Imposibilidad de disponer vigas Sobrecargas de uso en planta tipo 400 kg/m 2 12 m Planta tipo zona baja Sistemas portantes verticales 10
11 Forjados: características Sistemas portantes verticales 11
12 Forjados: análisis sistemático Modelización Obtención de esfuerzos Patrones de armado ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales MC-2 12
13 Soportes radiales continuos Sistemas portantes verticales 13
14 Soportes de fachada rectos curvos curvos rectos Sistemas portantes verticales 14
15 Soportes de fachada Reprise des charges verticales 15
16 Modelo general de cálculo Modelo general de calculo únicamente para bajada de cargas y comportamiento horizontal Modelo desarrollado por etapas elementos placa (forjados, cinturón de rigidez) 1819 elementos barra (soportes, núcleos, vigas cargadero) Necesidad de flexibilidad y sencillez de postproceso MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales 16
17 Soportes: análisis de alternativas Coste de materiales Necesidades arquitectónicas Calidades de hormigón Diámetros y solapes de armadura Uniones metálicas Conexión con forjados Proceso constructivo Comportamiento diferido Sistemas portantes verticales 17
18 Soportes: alternativa escogida Soportes radiales Presencia mínima de elementos metálicos Incremento de las dimensiones Ajuste estricto del uso de hormigones de alta resistencia Diámetro máximo de armadura: 32 mm m H m H m m H-70 Sistemas portantes verticales 18
19 Secciones tipo de soportes SOPORTES BAJO RASANTE H-70 Diámetro: 1200 mm A s 3,5 % SOPORTES ZONA BAJA H-70 Diámetro: 1050 mm A s 4 % HEM x390x50 SOPORTES ZONAS MEDIA Y ALTA H-40 ó H-30 Diámetro: mm A s entre 2 y 5 % Sistemas portantes verticales 19
20 Arranques de soportes HAR Losa de cimentación de HA-30 pretensado con 4 m de canto Necesidad de disponer de una potente armadura de estallamiento en la losa Ajustes de la dosificación inicialmente prevista MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales 20
21 Soportes mixtos φ1000+hem500+40φ32 Aberturas para el paso de la armadura del forjado Sistemas portantes verticales 21
22 Soportes mixtos Sistemas portantes verticales 22
23 Desvío de soportes Importantes piezas de desvío que ocupan una o dos alturas con pretensado horizontal para anclar las fuerzas de desvío en el núcleo MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales 23
24 Intersección soportes HAR forjados 3φ25 internos 2φ25 externos Zunchado del hormigón mediante cercos MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales 24
25 Vigas cargadero Vigas cargadero en vestíbulos: celosías mixtas pretensadas, L 28 m, h 8 m Cordón inferior Cordón superior Sistemas portantes verticales 25
26 Vigas cargadero Detalle de nudo con anclajes de pretensado Apoyo excéntrico y pretensado horizontal Sistemas portantes verticales 26
27 Vigas cargadero MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales 27
28 Vigas cargadero MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes verticales 28
29 Sistemas portantes horizontales viento = + + = + + Respuesta global Núcleos Cinturón de rigidez Forjados rígidos 29
30 Comportamiento aerodinámico Proceso por etapas: Coeficientes de forma a partir de códigos Túnel de viento sin capa límite + control estático Túnel de viento con capa límite + control dinámico Túnel de viento sin capa límite, U. P. Madrid MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 30
31 Túnel de viento con capa límite (Ontario) Modelo torre Túnel de viento MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 31
32 Viento: análisis dinámico Modo 1: flexión x ν: Hz Modo 2: flexión y ν: Hz Modo 3: torsión ν: Hz Respuestas máximas (amortiguamiento 1.5%, periodo de retorno 10 años): aceleración longitudinal: 23.9 mg < 25 velocidad torsional: 1.8 milrad/sec < 3.0 MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 32
33 Núcleos de rigidez Núcleo principal Núcleos secundarios Solicitaciones excéntricas Esfuerzos: cortantes en pantallas y flexiones en secciones globales MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 33
34 Núcleos de rigidez Modelo global para estudiar la influencia de los huecos Dimensiones básicas en función de la deformabilidad Espesores en zona baja entre 1,50 y 1,00 (caras principales) Dimensionamiento seccional Modelo de elementos finitos Uso reducido de H-70 (por debajo de ) MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 34
35 Núcleos de rigidez Modelo global para estudiar la influencia de los huecos Dimensiones básicas en función de la deformabilidad Espesores en zona baja entre 1,50 y 1,00 (caras principales) Dimensionamiento seccional Núcleo en zona de accesos a la torre Uso reducido de H-70 (por debajo de ) MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 35
36 Cinturón de rigidez Solicitaciones horizontales Solicitaciones verticales Sistemas portantes horizontales 36
37 Cinturón de rigidez: funcionamiento Conjunto de vigas de hormigón pretensado en un entramado espacial Cabezas: forjados; almas: pantallas radiales y perimetrales Gran influencia de huecos no modificables Necesidad de empleo de H-70 Sistemas portantes horizontales 37
38 Cinturón de rigidez: análisis Estudio combinado: modelos locales de elementos finitos / esquemas de campos de tensiones Losa superior: tracciones MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 38
39 Cinturón de rigidez: forjados Espesor de forjado: 0,38 m; H-70 Armadura: 10φ φ32 p.m. 17 cables 12 φ 0,6 en cada viga perimetral 73 cables 12 φ 0,6 en viga transversal Sistemas portantes horizontales 39
40 Cinturón de rigidez: forjados MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 40
41 Cinturón de rigidez: forjados MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 41
42 Cinturón de rigidez: pantallas Espesor de las pantallas: 0,6 0,8 m; H-70 Armadura horizontal: 2φ25/100 Armadura vertical: 4φ25/ barras pretensadas en cada pantalla radial MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 42
43 Cinturón de rigidez: pantallas MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 43
44 Cinturón de rigidez: pantallas MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 44
45 Cinturón de rigidez: pantallas??? MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Sistemas portantes horizontales 45
46 Interacción entre sistemas Fuerte hiperestaticidad en el reparto de cargas verticales: núcleos, soportes, cinturón, vigas cargadero Interacción entre los tres sistemas que contribuyen a la rigidez horizontal: núcleos, forjados, cinturón Comportamiento diferido diferencial entre elementos portantes verticales: soportes y núcleos Interacción con sistemas funcionales (fachadas, ascensores) MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA 46
47 Descensos diferenciales diferidos contraflecha máxima construcción apeada Entre núcleo central y soportes radiales Interacción entre sistemas 47
48 Acortamientos diferidos de soportes Acortamiento planta a planta de los soportes de fachada desde la colocación de ésta MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA Interacción entre sistemas 48
49 Torre Sacyr-Vallehermoso Antigua Ciudad Deportiva del Real Madrid Grupo Sacyr- Vallehermoso Arquitectos: Carlos Rubio y Enrique Álvarez-Sala, Madrid Proyecto: 2005 Constructora: SACYR 49
50 Torre Sacyr-Vallehermoso Colaboración temprana entre arquitectos e ingenieros estructurales Adaptación mutua de la estructura y la arquitectura para permitir la mejora global del edificio Sistema estructural ajustado y eficaz Consideración detallada de la incidencia de los procesos constructivos Vigas cargadero en accesos en zona baja Coordinación eficiente por parte del promotor 50
51 Forjado mixto sobre chapa plegada Geometría modular repetitiva Luces moderadas ( 7,5 m) Simplicidad de montaje Protección sencilla frente a fuego Vigas Armadura para Hormigón principales resistencia al fuegoarmado Chapa plegada (encofrado colaborante) Conectadores Protección con ignifuga Viguetas Torre Sacyr-Vallehermoso 51
52 Soportes mixtos Hormigón armado Perfil metálico Vigas principales Perfil metálico para simplificar el montaje de la estructura de los forjados Gran libertad de montaje Hormigones empleados: HA-70, HA-45, HA-30 Resistencia al fuego garantizada sin elementos auxiliares Elevadas cuantías de armadura para ajustar los tamaños en zonas bajas Torre Sacyr-Vallehermoso 52
53 Montaje: núcleo y soportes metálicos Núcleo Soportes metálicos Torre Sacyr-Vallehermoso 53
54 Montaje: vigas principales y viguetas Viga de borde Núcleo Soportes metálicos Vigas principales Viguetas Torre Sacyr-Vallehermoso 54
55 Montaje: chapa plegada Viga de borde Chapa plegada Núcleo Soportes metálicos Vigas principales Viguetas Torre Sacyr-Vallehermoso 55
56 Montaje: hormigonado de forjados Viga de borde Chapa plegada Hormigón del forjado Núcleo Soportes metálicos Vigas principales Viguetas Torre Sacyr-Vallehermoso 56
57 Montaje: hormigonado de soportes Viga de borde Chapa plegada Hormigón del forjado Hormigonado de los soportes Núcleo Soportes metálicos Vigas principales Viguetas Torre Sacyr-Vallehermoso 57
58 Solape de actividades Torre Sacyr-Vallehermoso 58
59 Solape de actividades sentido de avance de la construcción Torre Sacyr-Vallehermoso 59
60 Solape de actividades sentido de avance de la construcción Torre Sacyr-Vallehermoso 60
61 Solape de actividades sentido de avance de la construcción Torre Sacyr-Vallehermoso 61
62 Solape de actividades sentido de avance de la construcción Torre Sacyr-Vallehermoso 62
63 Construcción del núcleo Torre Sacyr-Vallehermoso 63
64 Estudio en túnel de viento Torre Sacyr-Vallehermoso 64
65 Estudio en túnel de viento Torre Sacyr-Vallehermoso 65
66 Estudio en túnel de viento Torre Sacyr-Vallehermoso 66
67 Sistemas portantes horizontales viento = + = + Respuesta global Núcleo Sombrero 67
68 Sombrero pantallas de conexión a rasante Niveles 54 y 55 (zona técnica) Sólo se conectan 6 soportes Pantallas de hormigón armado HA-30, e = 0,80 m soportes conectados Losas de hormigón armado HA-30, e = 0,34m losas superior e inferior 68
69 Sombrero 69
70 Sombrero Solicitaciones horizontales Transferencia de solicitaciones verticales por fluencia 70
71 Montaje de los soportes metálicos Torre Sacyr-Vallehermoso 71
72 Montaje de los soportes metálicos Torre Sacyr-Vallehermoso 72
73 Montaje de las vigas metálicas Torre Sacyr-Vallehermoso 73
74 Montaje de las vigas metálicas Torre Sacyr-Vallehermoso 74
75 Uniones atornilladas Torre Sacyr-Vallehermoso 75
76 Montaje de las vigas metálicas Torre Sacyr-Vallehermoso 76
77 Colocación de la chapa plegada Torre Sacyr-Vallehermoso 77
78 Hormigonado de la losa Torre Sacyr-Vallehermoso 78
79 Ferrallado y hormigonado de los soportes Torre Sacyr-Vallehermoso 79
80 Forjado mixto Torre Sacyr-Vallehermoso 80
81 Forjado mixto Torre Sacyr-Vallehermoso 81
82 Interacción con la fachada Forjado mixto Pieza metálica estructural para remate perimetral del forjado Se aprovecha para facilitar las condiciones de apoyo de la fachada Vigueta Viga principal Viga de borde para apoyo de fachada Optimización de los recursos para responder a las necesidades arquitectónicas y estructurales Puntos de apoyo de fachada Torre Sacyr-Vallehermoso 82
83 Interacción con la fachada Torre Sacyr-Vallehermoso 83
84 Interacción con la fachada Torre Sacyr-Vallehermoso 84
85 Apeo de soportes en zonas bajas soportes interiores soportes centrales Nivel 6 Zona técnica Nivel 5 Nivel 4 soportes de fachada Torre Sacyr-Vallehermoso 85
86 Apeo de soportes en zonas bajas soportes interiores soportes centrales Nivel 6 Zona técnica Nivel 5 Nivel 4 soportes de fachada Torre Sacyr-Vallehermoso 86
87 Apeo de soportes en zonas bajas Torre Sacyr-Vallehermoso 87
88 Apeo de soportes en zonas bajas Torre Sacyr-Vallehermoso 88
89 Apeo de soportes en zonas bajas Torre Sacyr-Vallehermoso 89
90 Apeo de soportes en zonas bajas Torre Sacyr-Vallehermoso 90
91 Vigas mixtas de gran luz L 29 m Torre Sacyr-Vallehermoso 91
92 Vigas mixtas de gran luz Torre Sacyr-Vallehermoso 92
93 Vigas mixtas de gran luz Torre Sacyr-Vallehermoso 93
94 Vigas mixtas de gran luz 94
95 Vigas mixtas de gran luz 95
96 Avance de las obras 96
97 Avance de las obras 97
98 Avance de las obras Torre Sacyr-Vallehermoso 98
99 Avance de las obras Torre Sacyr-Vallehermoso 99
100 Avance de las obras 100
101 Conclusiones Fuerte interacción entre los diferentes sistemas estructurales Interrelación acusada entre arquitectura, estructura e instalaciones Papel crucial de la gestión de proyecto Se necesita un proyecto básico bien desarrollado y coordinado Gran importancia de los procesos constructivos Herramientas de cálculo potentes y flexibles MC-2 ESTUDIO DE INGENIERIA 101
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