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Proyectos y realizaciones: edificación

DE EDIFICIO DE LAS ANTIGUAS ESCUELAS PÍAS DE SAN AN TÓN A SEDE DEL COLEGIO OFICIAL DE ARQUITECTOS DE MADRID

Jesús GOMEZ HERMOSO Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos FCC CONSTRUCCION, S.A. Jefe de Departamento jgomezh@fcc.es

Javier de DIEGO LORENZO Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos FCC CONSTRUCCION, S.A. Técnico de Estructuras jdiegol@fcc.es

RESUMEN

La Obra consiste en la reconstrucción de un conjunto de edificios docentes (Escuelas Pías de San Antón) de finales del

siglo XVIII para convertirlo en un conjunto de edificios para uso de oficinas y de equipamientos municipales.

La actuación estructural más destacada consiste en la demolición de las Escuelas Pías, manteniendo la Iglesia de San

Antón y las fachadas, para realizar la construcción de varios edificios con estructuras de hormigón, metálicas y mixtas

con hasta cuatro niveles de sótanos y tres niveles sobre rasante rematados por una cubierta panorámica.

PALABRAS CLAVES: Muro pantalla arriostrado, muro por bataches, micropilotes, estabilización

de fachadas, auscultación, forjado mixto

1. Descripción de los edificios

La edificación ocupa el solar de 5878 m2 delimitado por las calles de Hortaleza, Santa Brígida y Farmacia, y es medianera con los edificios de la Real Academia de Farmacia y la Escuela Oficial de Idiomas. El solar estaba ocupado por unas edificaciones correspondientes a las antiguas Escuelas Pías de San Antón (628 m2), en estado ruinoso, la Iglesia de San Antón y una edificación anexa. De las edificaciones existentes se conservan la Iglesia de San Antón y la cúpula, situada en una de las edificaciones junto a la calle Farmacia, así como las fachadas exteriores y la interior en la zona de la cúpula, de forma que han quedado totalmente integradas en el conjunto.

Los edificios construidos son la sede del Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid (COAM), un edificio de Equipamientos Municipales, el edificio Cubo y la Escuela de Música. En la edificación coexisten la mayor parte de las tipologías estructurales: en la estructura de contención; muros pantalla, pantalla de pilotes, muros a una cara, a dos caras y micropilotes; en la cimentación, mediante zapatas y apoyos sobre muros existentes de la fachada interior en la zona de la Biblioteca; la estructura portante está formada por muros y pilares de hormigón armado hasta planta baja y de hormigón armado y metálicos sobre rasante. La estructura horizontal es mediante forjados reticulares en plantas bajo rasante, forjados unidireccionales, losas macizas y aligeradas sobre rasante en el Bloque COAM, forjado de chapa colaborante autoportante y vigas mixtas en la planta logia del Bloque COAM, forjado de placas alveolares sobre los pórticos metálicos en la cubierta del Bloque de Equipamientos. Las cubiertas de todos los edificios son metálicas.

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El grado de integración de la arquitectura y la estructura es total, por ello, la estructura es vista. Las fachadas interiores son acristaladas siendo una de las ideas principales del proyecto que desde cada punto de un edificio sean visibles los otros edificios en su totalidad a través del jardín.

Figura 1. Vista general durante fase inicial de la Obra.

2. Trabajos previos.

2.1. Estabilidad de las fachadas

La estabilidad de las fachadas se realiza por medio de estructuras metálicas mecanizadas de RMD Kwikform, que estabilizan las fachadas mientras que se realizan los trabajos de demolición y/o reconstrucción una vez que desaparecen los elementos que la arriostran tales como pilares, muros y forjados. La estabilización se realiza desde el exterior mediante unos pórticos metálicos formando torres que soportan los empujes que le transmite la fachada a través de unas vigas corridas horizontales. Las torres están fijadas a unos contrapesos de hormigón. La estructura metálica está compuesta de vigas Megashor o Superslim. Para la colocación de los contrapesos, y, por tanto, para el diseño, es necesario tener en cuenta la posición de rejillas de ventilación, arquetas de alumbrado, bocas de riego y otros registros.

2.2. Demoliciones previas a la Obra

En cuanto a la demolición, los edificios a demoler son las antiguas escuelas Pías de San Antón de 3 plantas con tan sólo dos pequeñas zonas a nivel de sótano. La singularidad de este proceso se presenta en la demolición del edificio anexo a la Iglesia de San Antón, así como los forjados sobre la cúpula a conservar. La demolición se realizó con Demoliciones Madrid, S.L. El edificio anexo a la Iglesia por el lateral del altar mayor arriostraba con sus forjados toda la altura del muro, por lo que para estabilizarlo se realizó el atado del citado lateral, formado por un entramado de madera junto con unos muros de fábrica, mediante unas vigas por encima y debajo del nivel de forjado y el

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gunitado de ese lateral entre forjados previo a la retirada de los forjados; en los extremos las vigas se empotran, una vez demolida la edificación se completó el gunitado.

Figura 2. Sección longitudinal del Bloque COAM para lela a la calle Hortaleza

3. Estructura para vaciado

3.1 Muros pantalla del Bloque COAM

Se modelizan por zonas definidas en función de los niveles de forjados y niveles de acera principalmente. Los condicionantes principales para el dimensionamiento son: la proximidad del trazado ferroviario que discurre bajo la calle Hortaleza (fachada principal), la conservación de la fachada y la proximidad de los edificios. Las cargas consideradas para el dimensionamiento son las siguientes: la correspondiente a la fachada a conservar, los contrapesos de los estabilizadores, la sobrecarga de tráfico, las cargas transmitidas por edificaciones próximas, en su mayoría sin sótano, o como máximo con un nivel de sótano, y por último, en el lateral de medianería con Iglesia de San Antón, la carga transmitida por la medianería y la cimentación.

La solución empleada para la ejecución de la contención de tierras es una pantalla continua [1], [2] obteniendo un paramento continuo que en el caso de la existencia de filtraciones y de nivel freático, tal como indica el Informe Geotécnico, ofrecerá una mayor protección contra la humedad al interior del aparcamiento. Las pantallas tienen el pie de pantalla a cota -22,50 m, siendo su espesor 60 cm, condicionado por arquitectura, con refuerzos de armado a cortante. En total, son 8902 m2 de muro pantalla. La maquinaria utilizada para la ejecución es la excavadora hidráulica LIEBHERR HS-841 HD cuchara bivalva. La ejecución de pilotaje fue realizada por Ciesma.

El Informe Geotécnico, realizado por GEA, S.L., comprendía la realización de 5 sondeos y 9 penetrómetros, la cimentación superficial recomendada es mediante zapatas con tensión admisible de 2,5 kg/cm2 para zapatas de 1,5 m x 1,5 m. La sección tipo del terreno es rellenos y suelos alterados en los primeros 60 cm, arenas arcillosas con ligera plasticidad hasta profundidad de 12 m, a partir de esta profundidad se detectan mezclas con arcillas de baja plasticidad con arenas. En cuanto al nivel freático, a partir de los 12 m de profundidad, una capa de arcillas crea un nivel freático que se localiza en los sondeos realizados. En algunos de los sondeos realizados, se han localizado estratos secos a mayor profundidad de los 12 m, por lo que a partir de esa cota,

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entre las capas de arcilla y arena se encuentran bolsas de agua colgada. Con objeto de confirmación de datos, se realizó una campaña complementaria.

3.1.1 Interferencia con el túnel Atocha-Chamartín

Debido a que el trazado del túnel Atocha-Chamartín discurre bajo la calle Hortaleza, se realizó un estudio de la posible interferencia del túnel Atocha-Chamartín, a partir de los datos disponibles del Ministerio de Fomento, para eliminar todas las posibles incertidumbres y realizar los trabajos con la máxima seguridad. En la nueva campaña geotécnica se propuso la ejecución de nuevos penetrómetros, no siendo posible ejecutar los que más información podrían transmitir, que serían los situados en la vertical del muro pantalla, debido a la presencia de la fachada a conservar, por lo que se ejecutó el tramo de muro pantalla más sensible a la posible interferencia con un cuidado extremo, limitando al máximo el golpeo vertical de la cuchara al excavar y vigilando constantemente el escombro extraído, comprobando que en el momento en que dicho escombro dejase de ser terreno natural (tosco arenoso), y que se pudiesen presentar elementos que se correspondiesen con productos de inyección o tratamientos del terreno de la ejecución del túnel, se paralizaría inmediatamente la excavación, incidencia que no se produjo.

3.1.2 Arriostramiento de los muros pantalla

El arriostramiento de las pantallas se realiza mediante estructuras metálicas en celosía dispuestas en dos niveles, con luces de hasta 29 m cada nivel. La posición de los niveles de arriostramientos, variable en cada tramo, tiene el objetivo de optimizar la pantalla, reduciendo los valores de flexión y cortante, así como los desplazamientos, haciendo estos los menores posibles admisibles tanto en coronación como en zonas inferiores. La limitación de deformaciones se sitúa en 15 mm, tanto en coronación como en parte intermedia.

Figura 3. Arriostramiento de muros pantalla, estabi lizadores de fachada y proceso de vaciado .

En Obra, los desplazamientos medidos en las pantallas fueron en algunos casos superiores a esta cifra, llegando a valores de 23 mm, que tras análisis se comprobó que eran debidos a posibles holguras entre los distintos componentes del sistema de arriostramiento. En los siguientes tramos, en especial en los más largos, para contrarrestar este efecto se realizó una precarga del terreno con un 30% de la reacción teórica obtenida. Las reacciones en primer nivel de codales es 220 kN/m y en segundo nivel 460 kN/m.

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3.2 Pantalla de pilotes en el lateral de la Iglesia y de la Biblioteca

En esta zona con objeto de evitar el golpeo de la maquinaria de ejecución de los muros pantalla, se opta por la ejecución de una pantalla de pilotes de diámetro 60 cm, separados 90 cm entre

ejes, armado 10φ16, cφ8 a 25. La profundidad de la excavación es de 6 m respecto de cota de

rasante, y la longitud de la pantalla es 20 m [3], [4]. Ante la imposibilidad del funcionamiento de esta pantalla en voladizo, se estudió el arriostramiento de la misma mediante viga de coronación empotrada por un lado en el Bloque COAM, y en el otro extremo en el giro de la viga hacia la Biblioteca; para garantizar el empotramiento se colocaron como escuadras unas vigas HEB-220 con platabandas laterales a la altura de la viga de coronación. De esta forma, el cálculo de la pantalla se consideró empotrada en cimentación y apoyada en la viga de coronación con las coacciones indicadas. En total se ejecutaron 1200 m de pilote de diámetro 60 cm, de barrena continua, tipo CPI-7 según NTE-Cimientos.

3.3 Pantalla de micropilotes en la zona de la cúpul a

En la zona que rodea a la cúpula, para no interferir en su cimentación, se ejecutaron dos pantallas de micropilotes con anclajes provisionales [5], sobre las que arrancaron los pilares de planta. Estas pantallas quedaron arriostradas tanto a nivel de baja como en sótano mediante forjados y sobre ella nacen los pilares de la Biblioteca.

Figura 4. Sección de pantalla de micropilotes en la zona de la cúpula.

3.4 Muro a una cara en la escuela de música

El principal problema para la ejecución de esta zona delimitada por la Iglesia, la cúpula a conservar y la fachada a conservar, es la accesibilidad por un hueco de 2 m de ancho. Esta zona tiene un sótano, por lo que se opta por la ejecución de un muro a una cara realizado mediante bataches, con tacón y viga centradora para obtener un coeficiente de seguridad admisible al deslizamiento tanto durante la fase de ejecución como en servicio. Los condicionantes más importantes eran durante la fase de ejecución evitar tanto el descalce de la cimentación de la Iglesia, como el de la fachada a conservar.

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3.5 Plan de auscultación y control

Con todos estos condicionantes, se realiza un Plan de Auscultación y Control durante el proceso de excavación y ejecución de estructuras hasta planta baja, con objeto de definir las actuaciones necesarias en materia de instrumentación, con objeto de controlar tanto la propia estructura en construcción como la influencia de esta construcción sobre los edificios próximos a la Obra. Este plan tiene los siguientes aspectos fundamentales: estudio de las edificaciones próximas a las Obras, descripción de los dispositivos previstos para la instrumentación, definición de la ubicación de los mismos, frecuencias de lectura según las distintas fases de la Obra, umbrales de lectura y protocolo de actuación.

Figura 5. Planta de dispositivos para instrumen tación

Como primer paso, se realiza el estudio de las edificaciones próximas a las Obras: inspección (datos generales, inventario de daños antes de las Obras, se inspeccionan 21 edificios), clasificación de sensibilidad estructural (posible respuesta ante movimientos de sus cimentaciones). Los dispositivos de auscultación dispuestos son: 67 regletas en fachadas para control de movimientos verticales en los elementos estructurales de edificaciones que se encuentren dentro de la zona de afección de la excavación), 31 hitos para control de movimientos verticales en superficie, 10 inclinómetros de 22 m en los muros pantallas para control de desplazamientos horizontales del muro pantalla desde la cota de empotramiento hasta coronación, fisurómetros ópticos en los edificios con fisuras importantes, como la Iglesia de San Antón, clinómetros para medición de giros de fachadas y dianas para el control de desplomes. En función de los umbrales de control, se definen unos protocolos de actuación consistentes en aumentar la frecuencia de lecturas con un seguimiento más intenso e incluso paralización de los trabajos hasta la decisión final. En la Obra se alcanzó el umbral rojo, de precaución máxima en un tramo de pantalla de la calle de Hortaleza, motivado principalmente por las holguras en el sistema de arriostramiento antes detallado.

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Figura 6. Gráfica de la deflexión acumulada a parti r de los datos en uno de los inclinómetros

3.6 Materiales y normativa aplicada

En cuanto a los materiales para la ejecución de la pantalla, el hormigón utilizado fue HA-25/F/20/IIa y el acero B 500 S.

La normativa aplicada es Instrucción de Hormigón Estructural EHE-98, EFHE y Código Técnico de la Edificación

4. Estructura del Bloque COAM

4.1 Cimentación

La cimentación se realiza mediante zapatas aisladas con una tensión admisible de 2,5 kp/cm2. Previa a la ejecución de la cimentación se realizó campaña adicional de geotecnia. Durante la excavación se detectaron diversas oquedades correspondientes a bolsas de agua en el terreno que posteriormente se drenaron, por lo que se estudiaron estas zonas realizando su delimitación mediante penetrómetros.

4.2 Pilares

Los pilares de fachada son de hormigón blanco de árido seleccionado, de sílice y caliza trituradas. Los pilares interiores y de logia son de acero laminado [6], con protección de mortero proyectado de perlita y vermiculita para protección al fuego de la estructura metálica y forro de chapa plegada de acero, espesor 5 mm, con galvanizado en caliente de acabado cobrizo, tornillería de rosca, cabeza allen esmaltada al horno.

4.3 Forjados bajo rasante

Son 4 niveles de forjados reticulares de casetón recuperable [7] con canto 30+5, ancho de nervio 16 cm e interejes de 84 cm, apoyados en pilares de hormigón, muros y mediante pasadores de acero corrugado a los muros pantalla. Su ejecución está condicionada por la presencia de los arriostramientos metálicos. El forjado junto a la calle Hortaleza presenta el problema de rampas de

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amplio desarrollo, representando una zona muy singular tanto para la colocación del arriostramiento metálico como para la ejecución del forjado. Las luces son en dirección x-x, paralela a Hortaleza, de 7,50 m y en dirección y-y, luces variables de 4,20 y 5,50 m. El canto es 35 cm. El sistema de encofrado es el tipo CC-4 con puntales Aluprop de ULMA, siendo las alturas de encofrado de hasta 6 m en algunos forjados. La resistencia al fuego para la estructura, de acuerdo con el Documento Básico de Seguridad en caso de incendios es R-120 bajo rasante y R-90 sobre rasante.

4.4 Forjados sobre rasante

Sobre las plantas de sótano, se encuentra el forjado de planta bajo jardín, del mismo tipo que los de los sótanos.

Por encima, se encuentra el forjado de acceso del COAM, está formado por una losa aligerada unidireccional de canto 45 (5+35+5) con nervios de 12,5 cm e interejes de 75 cm, forjado unidireccional de cantos 40 (35+5) y 45 (40+5) con nervios de 12,5 cm e interejes 75 cm, siendo la luz máxima 10 m. Están ejecutados con hormigón blanco visto de árido seleccionado, de sílice y caliza triturada, y en el caso de forjado in situ, el aligeramiento es recuperable de poliestireno expandido plastificado. Con estos cantos, las deformaciones se mantienen dentro de los límites admisibles de EHE. El forjado está apoyado en los pilares de hormigón y pilares metálicos del tipo 2 IPE-450 en cruz.

Los forjados de planta 1, 2, 3 y logia son de la misma tipología que el de planta de acceso.

Figura 7. Avance de la construcción en las diferent es zonas

4.5 Estructura de cubierta

La cubierta, junto a la Iglesia y en el paño más próximo a la calle Hortaleza es plana, siendo en las zonas de cubierta transitable el pavimento de granito y con cantos de morro en algunas zonas de ajardinamiento. En el resto, en la zona de la logia la cubierta es metálica a dos aguas con nudos rígidos HEB-240. La cubierta es acristalada, los vidrios están fijados mediante unos perfiles metálicos soldados a la estructura principal. Sobre esta cubierta se colocan unas lonas tensadas exteriores, calculadas bajo las hipótesis de nieve y viento, la lona es del tipo PTFE-GLASS de Covertex con vidrio intermedio superclimalit 10+10/10/8+8. Las dimensiones máximas de los vidrios es 4,20 m x 4,20 m.

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4.6 Estructura para los cerramientos exteriores hac ia el jardín y particiones interiores

El cerramiento de la fachada interior es de vidrio formado por dos capas: la primera capa está realizada con vidrio Stadip securizada 10+10 mm, de dimensiones 365 x 205 cm, en general, colocado con doble junta de neopreno perforado en continuo sobre perfiles metálicos HEB-200, anclados en forjados y pilares de hormigón.

En la línea de cornisa, se colocan unas grandes piezas de granito, cantil de cantería de granito del mismo tipo modulado en piezas enterizas de 2,5 m de longitud, de peso 1000 kg/m, atornilladas sobre estructura metálica de piezas en cruz de 800.600.15 con rigidizadores de 15 mm de espesor.

Las particiones interiores son de granito silvestre moreno claro, tipo Vilachán, en sólido macizo de 10x40x10 cm colocado a hueso y junta recta, está armado a nivel longitudinal. En los interiores hay tabiquería de madera de cereza fija y móvil realizada con madera de pino, celosías de madera del mismo tipo, así como particiones en vidrio colocadas sobre estructura metálica con topes de neopreno.

5. Estructura de la Escuela de Música y Biblioteca

En la Escuela de Música se encuentra la cúpula protegida. Encima de ésta se ejecuta un forjado mixto apoyado en cuatro pilares separados 9,75 m entre sí, que arrancan de nivel de planta baja en las esquinas disponibles, mediante zapatas trapeciales de canto 50 cm, sobre el firme. Los pilares sobre los que se apoya el forjado mixto son pilares HEB-240 de calidad S-275. Este forjado está condicionado en dimensiones inferiormente por la cúpula, protegida por Patrimonio Nacional, y superiormente por la cota superior del forjado de madera a conservar, por lo que el canto es fijo, el intereje también estaba fijado para respetar las distancias entre vigas de madera, protegidas por Patrimonio. La cúpula está apoyada en unos muros de fábrica de 50 cm de espesor y al estar incluida en la nueva edificación, condicionó la tipología estructural. En esta zona, además de conservar la fachada exterior, era preciso conservar la del jardín.

En primer lugar, previo a la demolición del forjado superior, se ejecutó una cubierta metálica provisional para protección de la cúpula. Posteriormente, fue demolido el forjado superior a la cúpula manualmente, manteniendo las viguetas de madera.

Figura 8. Vista del lateral interior de la Iglesia y de la edificación de la cúpula

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La solución ejecutada es una estructura metálica, colocando como viguetas HEM-220 con platabandas superiores e inferiores, con separaciones variables siendo 70 cm como máximo, intercaladas entre las viguetas de madera, sin considerar su colaboración estructural, un forjado de chapa de encofrado perdido euromodul 44 “n” de 1 mm de espesor, capa de compresión de 6 cm y conectadores para conexión total [8]. Para la colocación de los perfiles metálicos fue necesario el montaje de una estructura auxiliar a modo de carriles para introducir los perfiles en el reducido espacio bajo las viguetas de madera y superior a la cúpula. Este forjado es independiente del resto de la edificación mediante junta de dilatación.

6. Conclusiones

Las principales condicionantes de la Obra son: su localización en centro de Madrid, rodeado por edificaciones y calles estrechas con mucho tráfico, la conservación de las fachadas y de la cúpula, así como los edificios medianeros.

Estos hechos han determinado las fases de la Obra, impidiendo la ejecución simultánea de varias edificaciones, así como la elección de soluciones constructivas, por ejemplo las estructuras metálicas intercaladas en la estructura de madera en el caso del forjado sobre la cúpula.

Referencias

[1] CALAVERA RUIZ, J. “Muros de contención y muros de sótano” 4ª edición. 2000.

[2] INTEMAC. “Curso de especialización de Intemac: Cálculo y Ejecución de muros de sótanos y pantallas”. 2004.

[3] SEMSIG-AETESS. “Jornada Técnica 1ª sesión Pilotes para edificación”. 2001.

[4] SEMSIG-AETESS. “Jornada Técnica 2ª sesión Muros pantalla en ambiente urbano”. 2002.

[5] SEMSIG-AETESS. “Jornada Técnica 3ª sesión Micropilotes para edificación”. 2004.

[6] ENSIDESA. “Publicaciones ENSIDESA”. 1990.

[7] REGALADO TESORO, F. “Los forjados reticulares diseño, análisis, construcción y patología. Biblioteca técnica de CYPE Ingenieros”. 2003.

[8] MONFORT LEONART, J. “Estructuras mixtas para edificación según criterios del Eurocódigo 4”. 2002.