BURJ KHALIFA PRESENTADO POR: POMPILLA YABAR, ALEXIS INTRODUCCION El Burj Khalifa no es sólo el rascacielos más alto, sino también la estructura más alta sostenida sin cables, superando a la Torre Nacional de Canadá (CN, por sus siglas en ingles). También es la estructura más alta del mundo, superando a la antena de televisión KVLY-TV de la cadena NBC (casi con 629 m de altura). CARACTERISTICAS GENERALES DEL RASCACIELO: ALTURA: 2711 pies (828m) CONSTRUCCION: 2004-2010 (1325 días) COSTO: 4000 millones de dólares. CONCRETO: 330,000 m3 (45,000 en la cimentación) ACERO ESTRUCTURAL: 39,000 ton PISOS TOTALES: 186 (Altura de 768 m) PISOS HABITABLES: 162 (Altura de 624 m) ALTURA DE LA ANTENA: 66 m CARACTERISTICAS GENERALES DEL RASCACIELO: CONTRUCTORAS: Samsung C&T, Arabtec, y BESIX. DISEÑO: Arquitecto estadounidense Adrian Smith. EQUIPO:12 mil trabajadores de 30 países, de ellos 380 fueron ingenieros y técnicos. ASCENSORES: 56 PESO: 500,000 ton FACHADA: 28,000 paneles de cristal que cubren aproximadamente 100,000 m2 A partir del último nivel mecánico del Burj Khalifa (localizado a más de 500 metros de altura), terminan las alas y sólo queda el núcleo del edificio, que se subdivide hasta terminar en una antena, que completa el diseño del edificio que se va haciendo más delgado conforme aumenta la altura. Compuesta por más de 4,000 toneladas de acero, se trata de una antena telescópica, que se construyó dentro del edificio y fue empujada por una bomba hidráulica hasta su altura final. El Burj Khalifa cuenta con siete niveles mecánicos localizados cada 30 pisos, en donde se sitúa la maquinaria que rige los sistemas del edificio, tales como: estaciones eléctricas, tanques y bombas de agua, y demás sistemas esenciales para su funcionamiento. Estos niveles pueden distinguirse en la fachada, pues poseen un tipo de revestimiento diferente; así como una mayor altura, respecto a los demás niveles de la edificación. Un elemento fundamental en la construcción fue la seguridad ante cualquier imprevisto. El Burj Khalifa cuenta con elevadores de seguridad en caso de incendio, con capacidad de 5 toneladas. Para estos casos también existen habitaciones de seguridad, localizadas cada 25 pisos y dotadas de aire presurizado. El Burj Khalifa no surge por falta de espacio habitable en la ciudad de Dubái, se edifica conformando la parte central de un complejo desarrollo conocido como Downtown Burj Khalifa (Centro Burj Khalifa), un barrio de nueva construcción de unos 2 km2, situado junto a la avenida principal Sheik Zayed, que atraviesa transversalmente Dubai. ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL El edificio cuenta en su base con un núcleo central hexagonal y tres secciones laterales que sobresalen de éste. Estas alas o lóbulos laterales son iguales; pero ascienden cada una a distintas alturas, lo que hace que la estructura del edificio se vaya haciendo más estrecha hacia su parte superior. En las “alas” del edificio se encuentran las unidades residenciales y habitaciones de hotel, mientras que en el núcleo central se ubican los ascensores y equipos mecánicos. La estructuración corresponde a un sistema clásico en edificios altos donde existe un núcleo de muros estructurales que proporcionan rigidez torsional y lateral al edificio Debido a las irregularidades en elevación se utilizo un modelo puntal- tensor para analizar los muros. El proceso de análisis estructural además de las acciones gravitacionales, evalúo los estados de carga de viento y sismo, elaborándose para ello un modelo tridimensional de elementos finitos a estudiarse en el sistema automatizado de cálculo estructural ETABS, en su versión 8.4. También se incluyo el análisis P-Delta. La municipalidad de Dubái zonifica este lugar 2a con un coeficiente sísmico de 0.15 (bajo riesgo sísmico) En general, las acciones sísmicas no gobernaron el proceso de diseño de la estructura principal (en la antena existente en la cima de la edificación, sí prevalecieron las acciones sísmicas en el diseño), pues las acciones que prevalecieron fueron las de viento. En este caso, los estudios obtenidos experimentalmente a nivel de laboratorio en un túnel de viento, reportaron desplazamientos horizontales en la parte superior de la estructura principal de aproximadamente 1.5 m, magnitud que resulta tolerable, de acuerdo a lo recomendado. Se realizaron 40 pruebas de tuéneles de viento. El escalonamiento es realizado de forma que cambie el ancho de la torre en cada nivel. La ventaja de esto es de “confundir al viento”. Los vórtices de viento nunca se organizan porque la forma del viento es diferente en cada nivel. El proceso constructivo resulta notoriamente afectado por estas deformaciones de manera que fue necesario la realización de un programa con corrección de la altura de piso a piso de manera de evitar que estas deformaciones reduzcan y en consecuencia alteren las alturas proyectadas. En la Figura se tienen las curvas de desplazamientos verticales en función del piso considerado a 30 años después del vaciado distinguiéndose la deformación elástica, de retracción, deformación lenta y curva total. PROCESO CONSTRUCTIVO La estructura del edificio (el núcleo y las “alas”) está compuesta por concreto armado hasta la planta 156 (586 metros de altura), superando el récord de la estructura de este tipo más alta del mundo, que era de 447 metros (la citada Torre CN). Puede afirmarse que este rascacielos es la estructura en que se ha colocado concreto lanzado a mayor altura en el mundo. Usando bombas de la marca Putzmeister, la compañía Samsung C&T llegó a bombear concreto hasta 606 metros de altura. Este es un recuento de los momentos más importantes del progreso de construcción del edificio: En enero de 2004 se inició la excavación. En febrero de 2004 se inició la cimentación. En marzo de 2005 se inició con la construcción del edificio. En junio de 2006 el Burj Khalifa alcanzó el piso 50. En enero de 2007 el Burj Khalifa alcanzó el piso 100. En marzo de 2007 el Burj Khalifa alcanzó el piso 110. En abril de 2007 el Burj Khalifa alcanzó el piso 120. En mayo de 2007 el Burj Khalifa alcanzó el piso 130. En julio de 2007 el Burj Khalifa alcanzó el piso 141 y así superó la altura del edificio Taipei 101 (508 m), convirtiéndose en el edificio más alto del mundo. En septiembre de 2007 el Burj Khalifa alcanzó el piso 150, superando la altura total de la Torre CN en Toronto, Canadá, que mide 553 m y era la estructura más alta sostenida sin cables, récord que mantuvo vigente durante 31 años, desde su finalización en 1976. También superó la marca de la estructura de hormigón armado más alta del mundo, que era de 447 m, marca que pertenecía antes precisamente a la Torre CN. El 26 de marzo de 2008 el Burj Khalifa alcanzó el piso 160, convirtiéndose en la estructura más alta que existe, superando a la torre de radio y televisión KVLY-TV, que medía 628,8 m. Desde el 19 de mayo de 2008, el Burj Khalifa superó a la estructura más alta construida por el ser humano, la Torre de radio de Varsovia, una antena de radio de 646 m, destruida en 1991. El 17 de enero de 2009 el Burj Khalifa llegó a su tope estructural, tocando los 828 m de altura. En septiembre de 2009 se completa la fachada de vidrio del edificio; el 1 de octubre de 2009 Emaar anuncia esta noticia. El 4 de enero de 2010 el rascacielos es inaugurado con un espectáculo de fuegos artificiales. 192 pilotes de fricción de 1.5m de diámetro cada uno. Profundidad de 43m. Placa de concreto armado de 3.7m de espesor conformada por 12,500 m3 de concreto. Se consideraron adiciones minerales sustituyendo parte del contenido de cemento: 25% de cenizas volantes y 7% de humo de sílice. La cementación mas grande jamás construida vatio el record y se termino en 12 meses y costo 15 millones de dólares. Cada pilote tiene una capacidad de carga de 3 000 ton, sin embargo en los ensayos resistieron 6 000 ton. Se realizaron 7 ensayos antes de la construcción y 8 durante. Se realizaron 10 ensayos de carga dinámica para analizar la interacción carga-asentamiento. La separación mínima entre pilotes es de 3,75m. Tiene un área de 800 m2 y fue vaciado en 4 etapas (3 alas y el núcleo). La conformación del subsuelo horizontalmente estratificado variado comprende: Arenas limosas granulares densas y algunas sueltas, seguido de arenisca débil, arenas ligeramente asentadas, arenisca de grano fino/limonita y conglomerados de resistencia débil. El agua subterránea fue un problema ya que resulto altamente corrosivo con cloruros de hasta 4.5% y sulfatos de hasta 0.6% (inclusive mayor que el agua de mar). Se tubo que utilizar sistemas especializados de impermeabilización en la superficie de concreto como la protección catódica. Se agrego a la mezcla inhibidores de corrosión para aumentar la durabilidad. El concreto usado fue autocompactante con una relación agua/cemento menor a 0.3 Se hizo el vaciado con el sistema TREMIE en una sola etapa bajo el agua con una consistencia fluida y alta cohesividad para evitar la segregación. Para evitar derrumbes durante las excavaciones se utilizo polímeros (fluidos de perforación) en vez de bentonita, esto facilito los trabajos. El análisis geotécnico llego a la conclusión que la licuefacción no iba a ser un problema estructural debido a la cimentación profunda que se eligió. Los pilotes compatibles con el suelo trabajan a una fricción de 250 a 350kPa (2,6 a 3,6 Ton/pie). El concreto de los pilotes tienen una resistencia de 60 MPa con 25% de cenizas, 7% de humo de sílice y una relación agua/cemento=0.32 con una extensión de flujo de 675mm +- 75. La resistencia de la platea de cimentación fue de 50 Mpa. El refuerzo típico estaba separado cada 300 mm. Se tubo un especial cuidado en la unión pilote-placa para que se produzca una adecuada transferencia de esfuerzos con el acero. El análisis tridimensional de asentamientos fue realizado por Hyder Consulting (Inglaterra) y arrojo un valor de 80 mm. Se pusieron medidores de deformación para controlar el comportamiento durante el tiempo, cuando se alcanzo el piso numero 135 el asentamiento fue de 30 mm CONCRETO EN LAS GRANDES ALTURAS La construcción de rascacielos es posible a la tecnología de concretos de alta resistencia (mayores a 80MPa=816 kg/cm2) gracias a la adición de humo de sílice, cenizas volantes y reductores de alto rango. Se reducen las secciones y el correspondiente peso muerto. Se necesita un control de calidad mas riguroso, este puede ser medido mediante la desviación estándar y el coeficiente de variación. El ACI recomienda que para concreto de que superen los 37,5 MPa un coeficiente de variación del 7% es adecuado, sin embargo para resistencias mayores a 50 MPa la desviación estándar es un mejor indicativo del control de calidad, en este caso se recomienda una desviación de 7% para 100 MPa. TORRES PETRONAS: Desviación estándar de 3MPa para 200 muestras a una edad promedio de 56 días y 99 Mpa de resistencia promedio. BURJ KHALIFA: Desviación estándar de 4,5MPa para 200 muestras a una edad promedio de 28 días y 97 Mpa de resistencia promedio. En un proyecto se tubo los siguientes datos: Resistencia de diseño: 90MPa Resistencia promedio: 105 Mpa Desviación estándar: 11,2 Mpa Coeficiente de variación: 10,7% Aparentemente estaba bien, sin embargo la variabilidad ocasiono problemas a la hora de bombear el concreto, las recomendaciones que se da con la experiencia es que el costo por producir un concreto con una resistencia mayor a la de diseño en 20 MPa es insignificante en comparación con reemplazar cientos de metros cúbicos de tubería taponeada. En la construcción de rascacielos se busca REDUCIR LA VARIABILIDAD. RESISTENCIA INICIAL El humo de sílice y reductores de alto rango incrementan la resistencia inicial junto con los encofrados auto trepantes se consiguió construir entre 2 a 3 pisos por semana, en términos de rapidez el concreto estructural supera a la construcción en acero. La resistencia a las 12 horas en el BURJ KHALIFA tenia que ser de 10MPa. El calor en Dubai ocasiona la perdida de trabajabilidad en el concreto, además que el bombeo también lo calienta lo que produce una fragua mas rápida en elementos de mayor dimensión, por lo que los retardantes juegan un papel importante ya que el concreto estará en movimiento alrededor de 30 minutos. HUMO DE SILICE Material puzolanico de alta reactividad, sub producto de la fabricación de Silicio metálico y aleaciones de ferrosilico. Reducción de cuarzo de alta pureza (SIO2) con carbón en hornos de arco eléctrico a temperaturas mayores de 2000°C. Sus partículas son de 100 a 150 veces mas pequeñas que las de cemento Portland. Su finura ayuda a la mayor oclusión de poros mejorando la interfaz matriz haciéndolo mas estable, duradero y resistente. El diámetro de aprox. 0.15 micras aumenta la compasidad del producto final y disminuye la permeabilidad. La densidad varia desde 150 a 700 kg/m3 siendo 550 lo recomendable. La norma ASTM establece que para concreto estructural el contenido de dióxido de silicio (SIO2) debe ser mayor al 85%, así mismo el contenido de humedad debe ser menor al 3%. Debido al incremento de la superficie especifica se requiere mas agua porque la mezcla es poco trabajable, es por tanto indispensable el uso de superplastificante para mejorar la trabajabilidad. La adición del humo de sílice no solo incrementa la resistencia a la compresión si no también incrementa la resistencia a flexión y tensión. CAPACIDAD DE BOMBEO Para la colocación del concreto se prefirió por bombeo ya que si se usaban grúas la velocidad y la forma iba a ser limitada y el viento también seria un problema. Para facilitar el flujo de concreto en las tuberías se recomienda arenas con tamaño menor a 600 micrómetros, por lo que se tubo que adicionar materiales cementantes para incrementar la fracción fina, la forma esférica de las cenizas volantes y el humo de sílice ayudan para este propósito. Se utilizo 50% de agregado fino y se reemplazo el cemento en una proporción de 13 a 20% con cenizas volantes y 5 a 10% con humo de sílice. CAPACIDAD DE BOMBEO Se hicieron pruebas de bombeo en tuberías horizontales a una presión de 310 bar de 250, 450 y 600 m para estudiar la REOLOGIA, se midieron las propiedades antes y después del bombeo y se llego a la conclusión de que el bombeo en una etapa seria posible, de esta manera se reduciría taponamientos. La cabeza de presión es un parámetro que faltaría evaluar, que depende de la fricción. El diámetro de las tuberías fueron de 150mm , en general los diámetros mayores son mas eficientes además que requieren una menor presión y posibilitan el flujo con agregados de mayor tamaño sin embargo son mas costosas, pesados y requieren reductores mas grandes. SLIPER: el reómetro de Putzmeister o la ciencia detrás del edificio más alto del mundo El SLIPER está concebido para ser utilizado tanto en laboratorio y como en el frente de trabajo, pero su gran ventaja es que actúa como un pequeño laboratorio por sí mismo. Con un SLIPER puedes comparar y optimizar la mezcla de hormigón en tan solo unas horas. SLIPER se diferencia por el hecho de que puede similar el flujo de hormigón en una tubería al mover la tubería en relación con un pistón, y por su capacidad de procesar hormigón de alta viscosidad. El principio básico es que cuando se optimiza el factor de fricción y se establece la viscosidad del hormigón, se puede calcular la presión de bombeo con facilidad, y elegir el equipo adecuado para ello. AREA CENTRAL DE BOMBEO: Cuenta con 3 bombas que suministran lugares diferentes. 4 tuberías y una de respaldo. (D=150mm) Motores diésel de 470 KW. Presión máxima de 32 MPa. Rendimiento de 71m3/h. En caso de taponamiento la compañía PUTZMEISTER estaba preparada con herramientas, equipos y se realizaba constantes talleres para que los proveedores de concreto, operadores de bombeo, supervisores conozcan el procedimiento y sus papales respectivos. En noviembre del 2007 vatio el record de bombeo (601 m) , fue tan exitoso que reemplazaron las grúas para bombear concreto sobre las losas “Steel Deck”. BOMBEO DE NOCHE Como se puede esperar de un edificio de tal envergadura, la construcción era una operación de 24 horas, con miles de trabajadores en la obra cada día. Debido a las altas temperaturas que se registran en Dubai, durante el día se hacían los trabajos de refuerzo para el hormigón, y por la noche, con la temperatura más baja, se hacía el bombeo. “Bombeábamos por la noche, cuando la temperatura baja, pero aún así teníamos que utilizar hielo en la mezcla. Como recogían agregados al lado de la obra como arena y gravas expuestas al sol durante el día, estaban muy calientes, y había que bajarla por debajo de los 30° C. ¡Así que la planta de mezclado tuvo que utilizar un montón de hielo, en lugar de agua, para hacer esa mezcla!” COLOCACION Y ACABADO Se utilizo un concreto autocompactante ( Alta manejabilidad) para que tenga una reología satisfactoria después del bombeo. Se encontró que después del bombeo la viscosidad plástica se reduce y el limite dinámico de elasticidad aumenta lo que produce segregación. Se colocaron reductores cerca de la bomba para detectar con anticipación concretos con posible potencial de segregación y de esta manera evitar taponamientos en las alturas. Se utilizo retardantes para evitar la rápida evaporización y desarrollar un buen acabado, se debe familiarizar a los trabadores con el comportamiento del concreto. PROTECCION INICIAL Y CURADO Debido a la mayor superficie especifica y la utilización de reductores de agua, este tipo de concreto casi no tiene sangrado por lo que se presentan agrietamientos por contracción plástica. Para evitar estos problemas se evito la colocación y acabado durante el calor. Otras soluciones son barreras contra viento y calor, retardantes y empañamiento efectivo para mantener la humedad. El encharcamiento con agua ayuda a mejorar las propiedades de hidratación del concreto. •Los 828 m de este edificio, contados desde su base, lo hacen más alto que la montaña o punto más alto de 61 países, incluyendo a Uruguay, Bélgica y Senegal. •Tan solo en su cimentación, el Burj Khalifa tiene 45 000 m³ de hormigón que pesan más de 110 000 toneladas. •En total, el Burj Khalifa tiene 330 000 m³ de hormigón y 39 000 toneladas de barras de acero, que colocadas una tras otra podría darle un cuarto de vuelta a la Tierra. •La cantidad de aluminio usada en el edificio es similar al usado en 5 aviones Airbus A380. •La cantidad de paneles de vidrio que tiene el Burj Khalifa lograrían tapizar hasta unos 17 estadios de fútbol. •Al inicio de la colocación de los paneles de vidrio, la velocidad promedio era de 20-30 paneles por día. Esta cifra ascendió hasta 175 paneles por día. •Puede emplear hasta 360 MW de potencia eléctrica. •El Burj Khalifa necesita unos 946 000 lts de agua diarios para su sistema de abastecimiento. •Los elevadores panorámicos se trasladan a 10 m/s; es decir, a 36 km/h. •Los elevadores interiores se trasladan a 18 m/s; es decir, casi 65 km/h. •La luz de la antena del Burj Khalifa puede ser vista a 95 km a la redonda. •Es la primera estructura que hace el ser humano que rompe la barrera de los 700 y de los 800 metros. Ninguna estructura (incluyendo antenas sostenidas por cables) había logrado esto. •Tiene un peso aproximado de 500 mil toneladas.18 •Los cristales de la fachada de vidrio rechazan aproximadamente el 80% de la radiación solar.
