Proyecto y construcción de dos torres de 235 m de altura en Madrid

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
Cuatro Torres
2
Cuatro Torres
3
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
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
•
75250 m2 sobre rasante
•
45000 m2 bajo rasante
•
Parcela: 75x100 m
Geometría del edificio
5
34
,8
m
42,9 m
Dimensiones en planta
42,9 m
Geometría del edificio
6
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
Cimentación
• Losa de cimentación
pretensada (37φ0,6” pm) de gran
canto (4 m)
• Asientos máximos ≈ 6 cm
• σmed < 7 kg/cm2 , σmáx < 11 kg/cm2
• Es necesario limitar el
rozamiento losa-terreno
(μmax ≈ 0,50)
• Armadura de cortante
8
Cimentación
9
Forjados: características
•
Losas de hormigón armado
de 0.28 y 0.35 m de canto
•
Gran facilidad constructiva
•
Numerosos huecos
•
Luces entre 7 y 12 m
•
Imposibilidad de disponer
vigas
•
Sobrecargas de uso en
planta tipo 400 kg/m2
7
m
12
m
Planta tipo zona baja
Sistemas portantes verticales
10
Forjados: características
Sistemas portantes verticales
11
Forjados: análisis sistemático
Modelización
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Obtención de esfuerzos
Sistemas portantes verticales
Patrones de armado
12
Soportes radiales continuos
Sistemas portantes verticales
13
Soportes de fachada
rectos
curvos
curvos
rectos
Sistemas portantes verticales
14
Soportes de fachada
Reprise des charges verticales
15
Modelo general de cálculo
•
Modelo general de calculo
únicamente para bajada de
cargas y comportamiento horizontal
•
Modelo desarrollado por etapas
•
20853 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
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
Soportes: alternativa escogida
Soportes radiales
+219.15 m
•
Presencia mínima de elementos
metálicos
•
Incremento de las dimensiones
•
Ajuste estricto del uso de hormigones
H-30
+147.60 m
H-40
de alta resistencia
•
Diámetro máximo de armadura: 32 mm
+23.60 m
-18.40 m
Sistemas portantes verticales
H-70
18
Secciones tipo de soportes
SOPORTES BAJO
RASANTE
SOPORTES ZONA
BAJA
SOPORTES ZONAS
MEDIA Y ALTA
• H-70
• H-70
• H-40 ó H-30
• Diámetro: 1200 mm
• Diámetro: 1050 mm
• Diámetro: 600-1000 mm
• As ≈ 3,5 %
• As ≈ 4 %
• As ≈ entre 2 y 5 %
• HEM 500 + 2x390x50
Sistemas portantes verticales
19
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
Soportes mixtos
φ1000+HEM500+40φ32
Sistemas portantes verticales
Aberturas para el
paso de la
armadura del
forjado
21
Soportes mixtos
Sistemas portantes verticales
22
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
Intersección soportes HAR – forjados
2φ25
3φ25
internos
externos
Zunchado del hormigón mediante cercos
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes verticales
24
Vigas cargadero
Vigas cargadero en vestíbulos:
celosías mixtas pretensadas,
L ≈ 28 m, h ≈ 8 m
Cordón inferior
Sistemas portantes verticales
Cordón superior
25
Vigas cargadero
Detalle de nudo con anclajes
de pretensado
Sistemas portantes verticales
Apoyo excéntrico y
pretensado horizontal
26
Vigas cargadero
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes verticales
27
Vigas cargadero
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes verticales
28
Sistemas portantes horizontales
viento
=
Respuesta global
=
Núcleos
+
+
+
+
Cinturón de rigidez
Forjados rígidos
29
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
Túnel de viento con capa límite (Ontario)
Modelo torre
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
Túnel de viento
31
Viento: análisis dinámico
Modo 1: flexión x
ν: 0.126 Hz
•
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Modo 2: flexión y
ν: 0.154 Hz
Modo 3: torsión
ν: 0.323 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
Sistemas portantes horizontales
32
Núcleos de rigidez
Núcleo principal
Núcleos secundarios
Solicitaciones excéntricas
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
Esfuerzos: cortantes en pantallas y
flexiones en secciones globales
33
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
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
• Uso reducido de H-70 (por
debajo de +23.60)
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
Núcleo en zona de accesos
a la torre
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
• Uso reducido de H-70 (por
debajo de +23.60)
35
Cinturón de rigidez
Solicitaciones horizontales
Sistemas portantes horizontales
Solicitaciones verticales
36
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
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
Cinturón de rigidez: forjados
Sistemas portantes horizontales
•
Espesor de forjado:
0,38 m; H-70
•
Armadura: 10φ20 +
10φ32 p.m.
•
17 cables 12 φ 0,6” en
cada viga perimetral
•
73 cables 12 φ 0,6” en
viga transversal
39
Cinturón de rigidez: forjados
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
40
Cinturón de rigidez: forjados
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
41
Cinturón de rigidez: pantallas
•
Espesor de las pantallas:
0,6 – 0,8 m; H-70
•
Armadura horizontal:
2φ25/100
•
Armadura vertical:
4φ25/100
•
20 barras pretensadas en
cada pantalla radial
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
42
Cinturón de rigidez: pantallas
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
43
Cinturón de rigidez: pantallas
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
44
Cinturón de rigidez: pantallas
???
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
Sistemas portantes horizontales
45
Interacción entre sistemas
MC-2
ESTUDIO DE INGENIERIA
•
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)
46
Descensos diferenciales diferidos
contraflecha máxima
construcción apeada
Entre núcleo central y soportes radiales
Interacción entre sistemas
47
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
Torre Sacyr-Vallehermoso
•
Antigua Ciudad Deportiva
del Real Madrid
•
Grupo SacyrVallehermoso
•
Arquitectos: Carlos Rubio
y Enrique Álvarez-Sala,
Madrid
•
Proyecto: 2005
•
Constructora: SACYR
49
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
Vigas cargadero en
de los procesos constructivos
•
accesos en zona baja
Coordinación eficiente por parte del
promotor
50
Forjado mixto sobre chapa plegada
• Geometría modular repetitiva
• Luces moderadas (≈ 7,5 m)
• Simplicidad de montaje
• Protección sencilla frente a fuego
Armadura para Hormigón
Vigas
resistencia al fuegoarmado
principales
Chapa plegada
(encofrado colaborante)
Torre Sacyr-Vallehermoso
Conectadores
Protección con
ignifuga
Viguetas
51
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
Montaje: núcleo y soportes metálicos
Núcleo
Soportes metálicos
Torre Sacyr-Vallehermoso
53
Montaje: vigas principales y viguetas
Viga de borde
Núcleo
Soportes metálicos
Vigas principales
Viguetas
Torre Sacyr-Vallehermoso
54
Montaje: chapa plegada
Viga de borde
Chapa plegada
Núcleo
Soportes metálicos
Vigas principales
Viguetas
Torre Sacyr-Vallehermoso
55
Montaje: hormigonado de forjados
Viga de borde
Chapa plegada
Hormigón del forjado
Núcleo
Soportes metálicos
Vigas principales
Viguetas
Torre Sacyr-Vallehermoso
56
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
Solape de actividades
Torre Sacyr-Vallehermoso
58
Solape de actividades
sentido de avance de
la construcción
Torre Sacyr-Vallehermoso
59
Solape de actividades
sentido de avance de
la construcción
Torre Sacyr-Vallehermoso
60
Solape de actividades
sentido de avance de
la construcción
Torre Sacyr-Vallehermoso
61
Solape de actividades
sentido de avance de
la construcción
Torre Sacyr-Vallehermoso
62
Construcción del núcleo
Torre Sacyr-Vallehermoso
63
Estudio en túnel de viento
Torre Sacyr-Vallehermoso
64
Estudio en túnel de viento
Torre Sacyr-Vallehermoso
65
Estudio en túnel de viento
Torre Sacyr-Vallehermoso
66
Sistemas portantes horizontales
viento
=
Respuesta global
=
+
Núcleo
+
Sombrero
67
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
Sombrero
69
Sombrero
Solicitaciones horizontales
Transferencia de solicitaciones
verticales por fluencia
70
Montaje de los soportes metálicos
Torre Sacyr-Vallehermoso
71
Montaje de los soportes metálicos
Torre Sacyr-Vallehermoso
72
Montaje de las vigas metálicas
Torre Sacyr-Vallehermoso
73
Montaje de las vigas metálicas
Torre Sacyr-Vallehermoso
74
Uniones atornilladas
Torre Sacyr-Vallehermoso
75
Montaje de las vigas metálicas
Torre Sacyr-Vallehermoso
76
Colocación de la chapa plegada
Torre Sacyr-Vallehermoso
77
Hormigonado de la losa
Torre Sacyr-Vallehermoso
78
Ferrallado y hormigonado de los soportes
Torre Sacyr-Vallehermoso
79
Forjado mixto
Torre Sacyr-Vallehermoso
80
Forjado mixto
Torre Sacyr-Vallehermoso
81
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
Interacción con la fachada
Torre Sacyr-Vallehermoso
83
Interacción con la fachada
Torre Sacyr-Vallehermoso
84
Apeo de soportes en zonas bajas
soportes
interiores
soportes
centrales
Zona técnica
Nivel 6
Nivel 5
Nivel 4
soportes de
fachada
Torre Sacyr-Vallehermoso
85
Apeo de soportes en zonas bajas
soportes
interiores
soportes
centrales
Zona técnica
Nivel 6
Nivel 5
Nivel 4
soportes de
fachada
Torre Sacyr-Vallehermoso
86
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso
87
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso
88
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso
89
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso
90
Vigas mixtas de gran luz
L
Torre Sacyr-Vallehermoso
≈
29
m
91
Vigas mixtas de gran luz
Torre Sacyr-Vallehermoso
92
Vigas mixtas de gran luz
Torre Sacyr-Vallehermoso
93
Vigas mixtas de gran luz
94
Vigas mixtas de gran luz
95
Avance de las obras
96
Avance de las obras
97
Avance de las obras
Torre Sacyr-Vallehermoso
98
Avance de las obras
Torre Sacyr-Vallehermoso
99
Avance de las obras
100
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
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