Diseñando la cimentación del edificio más alto de Colombia

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diseño
BD Bacatá:
Diseñando la
cimentación
del edificio
más alto
de Colombia
Ingeniero Alejandro Pérez Silva
Proyectos y Diseños Ltda.
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
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.
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.
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.
Cortesía Alonso Balaguer y
arquitectos asociados
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
noticreto 118 mayo / junio 2013
diseño
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/m2.
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/m2, valor
concordante con la diferencia entre la cota de excavación del último sótano (22 metros) y la cota de nivel
freático encontrado.
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Render de los sótanos que
compondrán el proyecto.
Cortesía Alonso Balaguer y
Arquitectos Asociados
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
Corte transversal de la
torre BD Bacatá.
Cortesía Alonso Balaguer y
Arquitectos Asociados
Tabla 1. Resumen de las
propiedades mecánicas de los
estratos de suelo encontrados
en la exploración de campo.
Cortesía ESPINOSA Y RESTREPO
Estrato
Profundidad (m)
Qu
(Kg/cm2)
c
(kg/cm2)
N
(golpes/pie)
(*)
E
(Ton/m2)
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
2a7
/
941
4
2,50/6,50 - 4,00/18,00
/
/
10 a 91
28
1.646
5
4,00/18,00 - 18,50/20,00
/
/
/
30
3.500
6
18,50/20,00 -20,50/24,00
1,50
0,75
21 a 91
/
1.300
7
20,50/24,00 - 54,50
/
/
/
30
3.500
8
54,50 - 57,00
24,6
12,3
/
10
3.600
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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 18.000 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.
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diseño
71.48
2.50
1.00
1.50
Corte
60.28
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
TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
transversalLA REVISTA
de laDE LAcimentación.
Cortesía P y D
(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.
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.
Conclusiones
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
noticreto 118 mayo / junio 2013
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.
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
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