VI CONGRESO DE 1/10 RECALCE DE TABAKALERA: SUSTITUCIÓN DE LA CIMENTACIÓN EXISTENTE DE PILOTES DE MADERA POR MICROPILOTAJE Ana ANDRADE CETTO Arquitecta IDOM Consultora de Estructuras ana.andrade@idom.com Alejandro BERNABEU LARENA Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos IDOM Director de Estructuras. Arquitectura y Edificación abernabeu@idom.com RESUMEN En el año 2011 dieron inicio las obras del proyecto de rehabilitación y renovación de la antigua fábrica de tabaco de San Sebastián, para convertirse en el nuevo Centro Internacional de Cultura Contemporánea TABAKALERA. El edificio original fue construido entre 1888 y 1913, en un solar ganado a las marismas del río Urumea, y está formado por muros de carga de mampostería de piedra caliza y arenisca con ancho métrico. De acuerdo con los estudios realizados la cimentación existente de pilotes de madera, que atravesaba la capa de arenas para descansar finalmente en el sustrato inferior de grava y piedra caliza, no ofrecía garantías, siendo necesario su sustitución. El recalce de la cimentación se realizó mediante una solución no convencional de micropilotes inclinados cuya tipología tiene la ventaja de evitar la disposición del habitual sistema de vigas metálicas provisionales. PALABRAS CLAVE: Recalce de cimentación, Tabakalera, micropilotes inclinados, pilotes de madera, muros de mampostería, rehabilitación. 1. La antigua Fábrica de Tabacos de San Sebastián El edificio de la Antigua Fábrica de Tabacos se encuentra ubicado dentro de la zona del Ensanche de San Sebastián, en un solar ganado a las marismas del río Urumea (Figura 1). Fue construido entre los años 1888 y 1913, y durante aproximadamente 90 años fue una fábrica estatal de tabaco, que tuvo su época dorada durante los años 20 al mecanizarse la producción de cigarrillos y cigarros. Tras privatizarse la explotación de tabaco en España la fábrica cerró en 2003, y un año después el Ayuntamiento de San Sebastián, la Diputación de Guipúzcoa y el Gobierno Vasco adquirieron el edificio con el objetivo de convertirlo en un Centro Internacional de Cultura Contemporánea. El edificio de la Antigua Fábrica de Tabacos, con una superficie total construida de 26.000 m 2, se encuentra ubicado en uno de los solares más grandes del área urbana de San Sebastián, con una planta rectangular de 113 x 75 metros aproximadamente.
VI CONGRESO DE 2/10 Figura 1. La antigua fábrica de tabacos de San Sebastián, en 2011. 1.1. Descripción constructiva del edifico El edificio se había diseñado al estilo de las antiguas manufacturas, con cuatro grandes patios interiores, y contaba con planta sótano, planta baja, entreplanta y tres niveles superiores más (Figura 2). Figura 2. Planta baja. Proyecto original de 1889. La estructura del edificio está formada por forjados, generalmente unidireccionales de viguetas metálicas y entrevigado abovedado cerámico, que apoyan en muros de carga de mampostería de piedra caliza y arenisca con ancho métrico. Las cubiertas eran principalmente a dos aguas, formadas por una estructura de celosías metálicas triangulares roblonadas. Los muros de mampostería estaban cimentados mediante pilotes de madera, con un emparrillado de vigas de madera que recogía la carga de los muros y la transmitía a los pilotes, dispuestos en alineaciones con separación del orden de 1metro (figura 3). Los pilotes tenían una longitud
VI CONGRESO DE 3/10 aproximada de 5 metros, y trabajaban por fuste y por punta, atravesando un estrato aluvial de arenas, situado por debajo del nivel freático, hasta alcanzar el sustrato inferior resistente, de grava y/o piedra caliza. Se trata de un sistema de cimentación tradicional que se utilizaba en esa época cuando se requería atravesar una capa blanda de terreno, no apta para el apoyo directo de los muros de carga, y alcanzar el sustrato competente, al cual no se podía acceder de forma directa mediante pozos de cimentación, debido a la existencia del nivel freático somero. Figura 3. Cimentación del edificio existente (plantas y secciones de muros). Proyecto original 1989. 1.2. Evaluación y Diagnostico del Edificio Se realizaron diversos levantamientos del edificio así como la evaluación estructural detallada del mismo, llegando a las siguientes conclusiones principales: La cimentación de la zona Norte-Oeste del edificio se encontraba, de acuerdo con las catas realizadas, en estado defectuoso, con pérdida de sección en algunos elementos de madera. El peso propio de los muros de mampostería (con densidades entre 2.400 y 2.600 kg/m 3 ) supone la carga más importante transmitida a la cimentación (entre el 60 y el 80% de la carga total), agotando prácticamente el tope estructural de los pilotes de madera en algunas zonas. Se detectó que los pilotes de madera se encontraban parcialmente por debajo del nivel freático, lo que hacía dudar del estado general y la durabilidad de la estructura de cimentación, teniendo en cuenta las oscilaciones del nivel freático, y que parte de la cimentación ya había sufrido un proceso de deterioro importante (Figura 4). El recalce de la totalidad de la cimentación era por lo tanto requerido. Los muros de mampostería presentaban un correcto estado de conservación en general, aunque en algunos puntos singulares del edificio aparecían una serie de fisuras, posiblemente debidas a fallos locales de la cimentación. Se realizaron ensayos de gato plano a la fábrica, determinando que podían asumirse valores de 3 N/mm 2 para la resistencia a compresión, un módulo de deformabilidad secante de 2.000 N/mm 2, y un coeficiente de Poisson de 0,2. Se consideró que para una sobrecarga de 500 kg/m 2 y una carga muerta de 200kg/m 2 el nivel tensional de los muros existentes de mampostería era bajo, lejos de la resistencia a compresión de la fábrica, por lo que podían ser capaces de aumentar las carga soportada.
VI CONGRESO DE 4/10 Se hicieron pruebas de carga en los forjados existentes, resultando satisfactorias para una sobrecarga de uso de 500 kg/m 2. Finalmente, la estructura metálica presentaba un buen estado de conservación, apreciándose únicamente algunos elementos oxidados localmente. Figura 4. Detalle de cata de cimentación donde se aprecia el deterioro de la madera. Evaluación Estructural elaborada por Eptisa, enero de 2007. 2. Proyecto de Renovación de Tabakalera 2.1. Planteamiento arquitectónico En 2008 se realizó un concurso internacional para la renovación del edificio existente de la antigua Fábrica de Tabacos de San Sebastián, y su transformación en centro de cultura contemporánea, resultando ganadora la propuesta presentada por Jon Montero Mandariaga y Naiara Montero Viar. Esta propuesta proponía abrir la futura Tabakalera a la ciudad a través de una plaza urbana situada en el lateral del edificio, junto al actual acceso subterráneo al barrio Egia, y planteaba la construcción de un nuevo volumen de vidrio en el cuerpo central, que se elevaba sobre el nivel del edificio actual y aportaba un nuevo hito urbano a la ciudad (Figura 5). Figura 5. Renovación Arquitectónica de Tabakalera. Imagen de concurso. Jon y Naiara Montero, 2008 El programa previsto para el futuro centro Tabakalera se caracteriza por la transversalidad, el cruce entre disciplinas y el fomento de la innovación, por lo que el proyecto debía dar así mismo
VI CONGRESO DE 5/10 respuesta a las necesidades de usos del futuro centro, ofreciendo una gran capacidad de adecuación y adaptabilidad, con espacios híbridos y adaptables a gran diversidad de usos. 2.2. Intervenciones estructurales Además de la necesidad de recalzar todo el edificio, el proyecto de reforma arquitectónica incluía diversas modificaciones a la estructura original del edificio, entre las que destacan el rebaje del nivel actual del sótano, la cubrición de los cuatro grandes patios, la construcción de una planta adicional completa y de diversas entreplantas intermedias, la sustitución de la cubierta, y la construcción en la parte central del nuevo prisma de cristal, con dos niveles intermedios. Así mismo, debido al nuevo uso del edificio, se requería crear espacios más diáfanos, abiertos y flexibles, lo que hacía necesario en determinados casos plantear el apeo y la demolición de algunos de los muros y pilares existentes. El apartado siguiente se centra en el proyecto de recalce del edificio. 3. Proyecto de Recalce 3.1. Estado actual de la cimentación y el subsuelo De acuerdo con las catas in situ realizadas, los planos originales del proyecto de 1889 reflejan de manera suficientemente precisa la realidad constructiva de la cimentación del edificio. Por otra parte, los informes geotécnicos realizados confirmaron la información de los distintos estratos del terreno (Tabla 1 y Figura 6). Tipo de terreno Densidad (T/m 3 ) Cohesión (T/m 2 ) Ángulo de Fricción (º) Coef. de Permeabilidad (cm/sg) Módulo de deformación (Kp/cm 2 ) Rellenos 2.00-2.10 0.00 28-31 3x10-4 -1x10-5 50 Suelos aluviales (CL) 1.90-2.00 1.00-3.00 24-26 1x10-7 30 Suelos aluviales (SP) 2.00-2.10 0.00-0.25 31-33 1.2x10-4 -1x10-7 30-50 Suelos aluviales (ML) 1.90-2.10 0.50-1.50 24-26 1x10-6 -7x10-7 30 Suelos aluviales (SM) 2.00-2.10 0.00-0.50 31-33 1x10-4 30-50 Suelos aluviales (GC-GM) 2.10-2.20 0.00-0.25 32-35 1x10-4 100-150 Roca meteorizada 2.00-2.30 1.00-4.00 15-20 1x10-5 80-100 Rica sana 2.60 30 25-30 2.4x10-4 -6.6x10-5 1000-2000 Tabla 1. Parámetros geotécnicos de los distintos estratos. Lurtek Consultoría Geotécnica, 2009. 3.2. Bases de partida del proyecto de recalce El proyecto de recalce debía tener en cuenta los siguientes condicionantes y requisitos de partida: Era necesario realizar el recalce de todos los muros de carga de mampostería de piedra del edificio actual. La nueva cimentación debía atravesar los estratos aluviales hasta alcanzar el estrato resistente de rocas caliza, y empotrarse debidamente en él. Se requería rebajar la cota de la actual solera del sótano de la cota -3,15 m a las cotas -4,22, - 4,50 y -5,25 m, para conseguir mayor altura libre, de acuerdo con los requisitos funcionales y arquitectónicos del proyecto.
VI CONGRESO DE 6/10 En los 4 patios interiores se debía excavar hasta igualar la cota de sótano con el resto del edificio. La altura libre en sótano para la ejecución del micropilotaje era muy reducida (2,75m). Los trabajos de recalce del edificio existente debían coordinarse y combinarse con la cimentación de nuevos elementos estructurales originados por las necesidades de reforma del edificio. Así, en algunos casos los encepados debían resolver conjuntamente el recalce de muros existentes de mampostería con la cimentación de nuevos pilares metálicos o de hormigón. El nivel freático, situado aproximadamente en la cota -4,70 m, podía tener oscilaciones de +/- 50 cm. Era por lo tanto necesario considerar el posible achique del nivel freático durante la ejecución de los trabajos de recalce, además de la disposición de una losa de subpresión como solera, que permitiera contener y controlar el posible empuje hidrostático. Era necesario finalmente proporcionar una adecuada solución de impermeabilización, que garantizara unas condiciones adecuadas en el sótano como para albergar archivos. Figura 6. Cimentación existente de pilotes de madera. Información detallada del terreno. 3.3. Descripción de la propuesta de recalce y puesta en obra El proyecto de refuerzo de la cimentación consistió en un planteamiento de recalce poco convencional, que buscaba resolver los distintos condicionantes y requisitos con una solución de ejecución sencilla y coste moderado, garantizando en todo momento el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural. Del proceso de desarrollo y análisis de la solución de recalce es interesante destacar dos cuestiones particulares del planteamiento. Por una parte, después de varios estudios y análisis económicos comparativos se optó por demoler el forjado del techo de la Planta Sótano, lo que permitía aumentar el gálibo disponible para la realización de los micropilotes, si bien obligaba a rehacer el forjado, y a disponer un
VI CONGRESO DE 7/10 sistema provisional de apuntalamiento horizontal durante la fase de ejecución del recalce. Esta alternativa, teniendo en cuenta la gran cantidad de metros lineales de micropilotes a realizar, suponía un ahorro económico significativo, a pesar del proceso de demolición, apuntalamiento provisional y re-ejecución del forjado de planta baja que requería. Por otra parte se optó por disponer los micropilotes de recalce inclinados, como alternativa a la solución habitual de micropilotes verticales (figura 7). La solución de micropilotes inclinados requería la disposición de un armado horizontal importante del encepado, que equilibrara los esfuerzos horizontales debidos a la inclinación de los micropilotes, pero eliminaba la necesidad de disponer una estructura metálica provisional que atravesara el muro existente, para recoger las cargas verticales de éste y transferirlas al sistema de micropilotes. Esta estructura provisional era necesaria en el caso de los micropilotes verticales, dispuestos a una cierta separación del muro, y resultaba muy costosa al tener que atravesar un muro de mampostería, difícil de perforar y atravesar. Se evitaba sin embargo con la alternativa de micropilotes inclinados, que al poder aproximarse mucho más al muro existente, podían recibir directamente las cargas verticales procedentes de éste, sin necesidad de disponer vigas o elementos adicionales de reparto. Figura 7. Opciones de micropilotaje con micropilotes rectos e inclinados. La tipología general de recalce de muro planteada fue por lo tanto mediante encepados de 4 o 6 micropilotes inclinados 15 por debajo del muro, situados cada 4m aproximadamente (figura 8). Esta solución general debía sin embargo ajustarse, en función de las aberturas de puertas existentes en el muro en planta sótano y de las esquinas de encuentros de muros, en las que los micropilotes inclinados podían llegar a cruzarse e interferir, por lo que se optó en estos casos por una tipología de encepados de 4, 6 o 9 micropilotes verticales, ejecutados por fuera del muro. Se debía ajustar así mismo en otros casos la inclinación de los micropilotes, a fin de evitar posibles interferencias, especialmente con los pilotes de madera existentes, que aunque era posible perforarlos disminuía mucho el rendimiento de ejecución, dificultando el proceso e incrementando el coste.
VI CONGRESO DE 8/10 Finalmente, como se ha indicado anteriormente, había una serie de pilares de obra nueva que requerían ser cimentados, por lo que era necesario en estos casos plantear encepados combinados de recalce del muro existente y cimentación de los nuevos pilares. Figura 8. Planta general de recalce y cimentación. La ejecución del recalce se planteó mediante bataches de 4 metros aproximadamente, disponiendo dos perfiles UPN, embebidos a ambos lados del muro existente, para recoger la carga del muro de esa zona, por debajo del arco de descarga, y transmitirla a los micropilotes (figura 9). Por otra parte, al rebajarse la cota del forjado de sótano, era necesario recrecer el muro existente hasta alcanzar la nueva cota. Dicho recalce se propuso realizar con hormigón armado. Figura 9. Disposición de encepados cada 4 m, y perfiles UPN embebidos en muro.
VI CONGRESO DE 9/10 Los micropilotes considerados eran entubados de 200 mm de diámetro, con inyección repetitiva selectiva (IRS), tubo de 127x9 mm y armado de 2 ϕ25, con una longitud variable de 9,5 a 14 m, hasta empotrarse 3 m en el estrato de roca sana. Para la elaboración del proyecto ejecutivo se consideraron los siguientes valores de cálculo (no incluyen coeficientes de seguridad) procedentes del reconocimiento geológico-geotécnico desarrollado por LURTEK en diciembre 2009-febrero 2010. Resistencia por punta en roca caliza sana 30,00 Kg/cm 2 Resistencia por fuste IRS Suelos aluviales (arenas, limos y gravas) 2,00 Kg/cm 2 Roca caliza 8,75 Kg/cm 2 Durante la ejecución de la obra se realizó una campaña de pruebas de carga de los micropilotes, arrojando valores más favorables que los previstos inicialmente, lo que permitió ajustar ligeramente las longitudes de empotramiento de los pilotes, y cambiar la inyección repetitiva selectiva (IRS) prevista por inyección global única (IU). Las figuras 10 y 11 muestran el proceso de fases constructivas considerado para la ejecución del recalce, en el caso de la solución general de micropilotes inclinados, y la secuencia constructiva del mismo. La ejecución de las obras empezó en el año 2011, estando actualmente, el recalce y la cimentación del edificio completamente ejecutados, y el resto de las intervenciones en la estructura en ejecución. Figura 10. Fases constructivas para la ejecución del recalce con micropilotes inclinados.
VI CONGRESO DE 10/10 Figura 11. Secuencia de fotografías de la ejecución de un encepado de micropilotes inclinados. 4. Conclusiones El recalce de la cimentación existente de pilotes de madera de la antigua fábrica de tabacos de San Sebastián se ha realizado mediante una solución no convencional de micropilotes inclinados. La principal ventaja de esta tipología deriva de evitar la disposición del habitual sistema de vigas metálicas provisionales que, atravesando los muros existentes recogen las cargas provenientes de éstos y las transmiten al sistema de micropilotes. En el caso de muros de mampostería evitar este sistema de vigas que atraviesan los muros existentes es muy significativo, al ser el corte y la perforación de estos muros muy costoso y difícil de ejecutar. Los micropilotes inclinados, en cambio, se pueden aproximar mucho más al muro existente, recibiendo directamente las cargas verticales procedentes de éste. Requieren sin embargo disponer un armado horizontal significativo en los encepados, que equilibre los esfuerzos horizontales derivados de la inclinación de los micropilotes. La solución finalmente realizada combinaba encepados de micropilotes inclinados bajo todos los muros de mampostería existente, cada 4m aproximadamente, y encepados de micropilotes verticales bajo las esquinas de encuentros entre muros. Todos los micropilotes son entubados, de longitud variable hasta empotrarse en el estrato resistente de roca caliza.