ESTUDIO DE CASO

ABT Consulting utiliza un software de análisis geotécnico para diseñar el estacionamiento del Forum GroningerPLAXIS 3D ayuda al equipo a resolver los problemas, como preservar edificios históricos en la proximidad de la construcción

Diseñar un edificio escultural ambicioso El Forum Groninger es un centro cultural que incluye una biblioteca, museos, cines, restaurantes y bares. Encargado por la municipalidad de Groninga, en los Países Bajos, el edificio de 45 metros de altura tiene dos subterráneos que están compuestos de un área de estacionamientos distribuida en cinco pisos con espacio para 390 automóviles y un área de estacionamientos para bicicletas distribuida en un piso con espacio para 1.500 de ellas.

El proyecto, diseñado por la empresa con sede en Ámsterdam NL Architects, está conformado por un ambicioso edificio escultural cuyos extremos se encuentran inclinados en ángulos contrarios. Gracias a las superficies biseladas, la luz llega a las estructuras circundantes y le brinda un atractivo espacial. NL Architects solicitó a ABT que diseñara la excavación profunda que requería para el estacionamiento e investigara el riesgo de derrumbes del suelo. Mediante un estudio de variantes, se llegó a un subterráneo de cinco pisos con muros de retención profundos, hormigón sumergido, pilotes de tracción y compresión, además de bloques de anclaje. El hormigón sumergido se utilizó como sello inferior temporal para la fosa del edificio.

El sistema de retención de la excavación consta de muros de diafragma sostenidos horizontalmente por dos capas de puntales de acero, uno a 1,5 metros de profundidad y otro a 4,5 metros de profundidad, y una losa de hormigón sumergido. La fosa de excavación está completamente rodeada por propiedades adyacentes que se encuentran a distancias cortas de al menos 2,5 hasta 12,5 metros. Dichas propiedades se encuentran en una base poco profunda con una única extensión cimentada en pilotes.

Preservar edificios históricos cercanos a la excavaciónEl equipo del proyecto descubrió varios problemas que podrían haber impedido el diseño de este. Por ejemplo, en el lado oeste del edificio, el nivel de la superficie es aproximadamente de 2,5 a 3 metros más alto que en el lado este. También hay una diferencia significativa en la estratigrafía del suelo entre los dos lados de la excavación. El lado oeste está compuesto de capas de marga y arena, mientras que el lado este contiene una capa de arcilla altamente consolidada de 12 metros de espesor, conocida en los Países Bajos como Potklei. Además, en el lado oeste el

nivel de las aguas freáticas subterráneas es dos metros mayor que en el lado este. Sin embargo, la preocupación más urgente era que las propiedades adyacentes cercanas a la excavación incluían edificios históricos de casi mil años de antigüedad.

Con el fin de resolver muchos de los problemas del proyecto, ABT utilizó elementos finitos 3D para diseñar la excavación profunda. Los diseños iniciales del centro cultural comenzaron en 2008 con el uso de PLAXIS 3D Foundation en los planos de trabajo horizontales, mientras que el terreno circundante fue esquematizado mediante varios escalones verticales pequeños. El modelo 3D ayudó al equipo a determinar que las deformaciones alrededor de la fosa del edificio son mucho más pequeñas en las esquinas de la fosa de excavación. Con el fin de resolver el problema, se agregó un segundo puntal temporal a gran altura para disminuir las deformaciones, y el nivel de agua dentro de la fosa del edificio se incrementó durante la excavación bajo el agua. Una vez tomadas estas medidas, el equipo del proyecto pudo mitigar los daños. El modelo de PLAXIS 3D permitió al equipo crear una esquematización más detallada de las diferentes etapas de la construcción, lo que hizo posible agregar y quitar puntales.

La secuencia de construcción original requería que los puntales superiores se instalaran antes que los inferiores. Esto implicaba quitar el puntal superior y colocarlo unos metros más atrás en el marco inferior. Se repitió este procedimiento para cada uno de los puntales, lo que dio como resultado que todos los puntales inferiores estuvieran posicionados al sacar los puntales superiores, un método inspirado en parte por la manera tradicional de realizar cálculos con los programas 2D. Una segunda opción era instalar solo tres o cuatro de los puntales superiores y, a continuación, hacer avanzar el primero de los puntales superiores. No obstante, este método tenía una restricción de practicidad: una grúa móvil solo puede levantar un puntal de 40 toneladas a corta distancia. Esta situación se resolvió excavando la mínima cantidad de tierra necesaria para instalar un solo puntal. Una vez que se instalaba el puntal, la excavación se rellenaba y solo después se repetía el procedimiento completo con el siguiente puntal. Este procedimiento de construcción por etapas se denomina método de excavación, instalación de puntales y relleno (ESMB, por sus siglas en inglés). El proceso redujo el volumen excavado en un momento dado, lo que disminuyó las deformaciones del suelo durante la instalación de los puntales.

Datos rápidos• El Forum Groninger incluye dos

subterráneos que comprenden un área de estacionamientos para automóviles distribuida en cinco pisos y un área de estacionamientos para bicicletas distribuida en un piso.

• El sistema de retención consta de paredes de diafragma soportadas horizontalmente por dos capas de puntales de acero.

• La fosa de excavación está completamente rodeada por propiedades adyacentes que se encuentran a distancias cortas de al menos 2,5 hasta 12,5 metros.

Retorno de la inversión• El modelo 3D ahorró tiempo al

equipo mediante la determinación de que las deformaciones alrededor de la fosa del edificio eran mucho más pequeñas en las esquinas de la fosa de excavación.

• El modelo PLAXIS 3D permitió al equipo crear una esquematización más detallada de las diferentes etapas de la construcción, lo que hizo posible agregar y quitar puntales.

• Se realizó correctamente el mallado de las intersecciones entre la estratigrafía de la tierra y las estructuras en menos tiempo que con los métodos tradicionales.

Resumen del proyectoOrganizaciónAdviseurs in Bouwtechniek (ABT)

SoluciónIngeniería geotécnica

UbicaciónGroninga, Países Bajos

Objetivos del proyecto• Diseñar la excavación profunda

del área de estacionamientos de un nuevo centro cultural.

• Investigar el riesgo de derrumbes del suelo.

• Realizar un estudio de variantes del proyecto, lo que dio como resultado un subterráneo de cinco pisos con paredes de retención profundas.

Productos utilizados PLAXIS® 3D

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PLAXIS 3D utilizado para el estudio de viabilidadPara realizar el estudio de viabilidad, se hizo un modelo de PLAXIS 3D en el que se esquematizaron todas las subetapas para la colocación de los puntales, paso a paso. Se agregaron varias superficies oblicuas a la malla 3D, lo que permitió introducir las excavaciones locales dentro de la zona de excavación principal. El procedimiento de relleno de instalación de la excavación se realiza con cada puntal de este a oeste hasta que se colocan todos.La tierra restante en la parte oeste de la excavación principal evita las deformidades de las estructuras adyacentes. Colocar los puntales profundos evita deformidades en el extremo este de la excavación. El estudio de viabilidad determinó que la deformación bajo los edificios cercanos era significativamente menor que cuando se excavaba toda la zona hasta que los puntales inferiores se nivelaban de una vez.

Para resolver los desafíos que planteaba el diseño de las paredes de diafragma, el equipo del proyecto de ABT las modeló con elementos de placa en lugar de elementos de volumen. Para los puntales, el equipo utilizó elementos de vigas y anclajes nodo a nodo. La tierra circundante fue modelada como un material de tierra endurecido, mientras que la losa de hormigón sumergido fue modelada por elementos de volumen con una carga superficial en la parte

superior para compensar la presión de agua ascendente. Las imágenes extraoblicuas dieron como resultado una malla de más de 5.000 elementos, mientras que el mallado de las intersecciones entre la estratigrafía del suelo y las estructuras se realizó correctamente en menos tiempo que con los métodos tradicionales.

El impacto en las estructuras circundantes se supervisó estrechamente con los inclinómetros en las paredes de diafragma y un gran número de pernos de medición en sus fachadas. La estimación de la desviación horizontal de las paredes de diafragma utilizando el modelo PLAXIS 3D fue de 20 milímetros a 30 milímetros, mientras que la medición de las deformaciones horizontales fue menor, de solo unos milímetros con un máximo de 7 milímetros. Las deformaciones inferiores se atribuyeron a la mayor rigidez del Potklei y la mayor rigidez de la pared de diafragma. La relación de consolidación excesiva de la arcilla no se consideró en el modelo, lo que significa que las tensiones horizontales iniciales se subestimaron. En realidad, la pared de diafragma mostraba un comportamiento no agrietado, pero en el modelo se consideró un módulo elástico correspondiente a una pared agrietada. Con un modelo 3D PLAXIS, ABT pudo optimizar la implementación de este gran y complejo proyecto de excavación profunda.

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El Forum Groninger es un centro cultural

que incluye una biblioteca, museos, cines, restaurantes y bares. El proyecto

comprende un ambicioso edificio

escultural con las extremidades

inclinadas en ángulos contrarios.

Superficies adicionales en la malla 3D Modelado detallado con PLAXIS 3D