Proyecto y construcción de dos torres de 235 m de altura...

Proyecto y construccin de dos torres de 235 m de altura en Madrid:

Similitudes y diferencias entre estructura mixta y estructura de hormign

Miguel GMEZ NAVARROMC-2, Estudio de Ingeniera, Madrid

Escuela Tcnica Superior de Arquitectura de Madrid - UPMProyecto de estructuras de hormign

19 de octubre de 2007

Cuatro Torres

2

3

Cuatro Torres

4

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

Supervisin: LERA, NY

Constructora: OHL

Geometra del edificio

5

Alturas y superficies

219,15 m de altura sobre rasante

18,40 m bajo rasante (6 stanos)

62 plantas (6+56)

Altura de planta tipo: 4 m

75250 m2 sobre rasante

45000 m2 bajo rasante

Parcela: 75x100 m


6

Dimensiones en planta

42,9 m

42,9

m34

,8 m


7

Condicionantes

Decisin a priori sobre el empleo de hormign al mximo

Supervisin dinmica de la direccin de proyecto

Consideracin de procesos constructivos precisos

Anlisis detallado de variantes en proyecto constructivo

Mxima sistematizacin de las soluciones

8

Cimentacin

Losa de cimentacin pretensada (370,6 pm) de gran canto (4 m)

Asientos mximos 6 cm

med < 7 kg/cm2 , mx < 11 kg/cm2

Es necesario limitar el rozamiento losa-terreno (max 0,50)

Armadura de cortante

9

Cimentacin

10

Forjados: caractersticas

Losas de hormign 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

Sistemas portantes verticales

12 m

7 m

Planta tipo zona baja

11

Forjados: caractersticas


Forjados: anlisis sistemtico


Modelizacin Obtencin de esfuerzos Patrones de armado

ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2 12

13

Soportes radiales continuos


14

Soportes de fachada

rectos

rectos

curvos

curvos


15Reprise des charges verticales

Soportes de fachada

16

Modelo general de clculo


Modelo general de calculo nicamente para bajada de cargas y comportamiento horizontal

Modelo desarrollado por etapas

20853 elementos placa (forjados, cinturn de rigidez)

1819 elementos barra (soportes, ncleos, vigas cargadero)

Necesidad de flexibilidad y sencillez de postproceso

ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2

17Sistemas portantes verticales

Coste de materiales

Necesidades arquitectnicas

Calidades de hormign

Dimetros y solapes de armadura

Uniones metlicas

Conexin con forjados

Proceso constructivo

Comportamiento diferido

Soportes: anlisis de alternativas

18

Presencia mnima de elementos

metlicos

Incremento de las dimensiones

Ajuste estricto del uso de hormigones

de alta resistencia

Dimetro mximo de armadura: 32 mm

Soportes radiales

H-40

H-30

H-70-18.40 m

+23.60 m

+147.60 m

+219.15 m


Soportes: alternativa escogida

19

Secciones tipo de soportes

SOPORTES BAJO RASANTE

H-70

Dimetro: 1200 mm

As 3,5 %

SOPORTES ZONA BAJA

H-70

Dimetro: 1050 mm

As 4 %

HEM 500 + 2x390x50

SOPORTES ZONAS MEDIA Y ALTA

H-40 H-30

Dimetro: 600-1000 mm

As entre 2 y 5 %


20ESTUDIO DE INGENIERIA

MC-2 Sistemas portantes verticales

Arranques de soportes HAR

Losa de cimentacin de

HA-30 pretensado con 4 m

de canto

Necesidad de disponer de

una potente armadura de

estallamiento en la losa

Ajustes de la dosificacin

inicialmente prevista

21

Soportes mixtos

Aberturas para el paso de la

armadura delforjado1000+HEM500+4032


22

Soportes mixtos


23

Desvo de soportes


Importantes piezas de desvo que ocupan una o dos alturas con pretensado horizontal para anclar las fuerzas de desvo en el ncleo



MC-2

225

externos325

internos

Zunchado del hormign mediante cercos

Interseccin soportes HAR forjados


25

Vigas cargadero

Vigas cargadero en vestbulos: celosas mixtas pretensadas,

L 28 m, h 8 m

Cordn inferior Cordn superior


26

Vigas cargadero

Detalle de nudo con anclajes de pretensado

Apoyo excntrico y pretensado horizontal



MC-2

Vigas cargadero


29

Sistemas portantes horizontales

Respuesta global Ncleos Cinturn de rigidez Forjados rgidos

+ +=

= + +

viento

30

Comportamiento aerodinmico


Proceso por etapas: Coeficientes de forma a

partir de cdigos

Tnel de viento sin capa lmite + control esttico

Tnel de viento con capa lmite + control dinmico

Tnel de viento sin capa lmite, U. P. Madrid


31

Tnel de viento con capa lmite (Ontario)


Modelo torre Tnel de viento


32

Viento: anlisis dinmico


Modo 1: flexin x: 0.126 Hz

Modo 2: flexin y: 0.154 Hz

Modo 3: torsin: 0.323 Hz

Respuestas mximas (amortiguamiento 1.5%, periodo de retorno 10 aos):

aceleracin longitudinal: 23.9 mg < 25

velocidad torsional: 1.8 milrad/sec < 3.0


33

Ncleos de rigidez

ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2 Sistemas portantes horizontales

Solicitaciones excntricas Esfuerzos: cortantes en pantallas y flexiones en secciones globales

Ncleos secundariosNcleo principal

34

Ncleos de rigidez


Modelo global para estudiar la influencia de los huecos

Dimensiones bsicas en funcin de la deformabilidad

Espesores en zona baja entre 1,50 y 1,00 (caras principales)

Dimensionamiento seccional

Uso reducido de H-70 (por debajo de +23.60)Modelo de elementos finitos

35

Ncleos de rigidez


Ncleo en zona de accesos a la torre

Modelo global para estudiar la influencia de los huecos

Dimensiones bsicas en funcin de la deformabilidad

Espesores en zona baja entre 1,50 y 1,00 (caras principales)

Dimensionamiento seccional

Uso reducido de H-70 (por debajo de +23.60)

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Cinturn de rigidez


Solicitaciones horizontales Solicitaciones verticales

37

Cinturn de rigidez: funcionamiento


Conjunto de vigas de hormign pretensado en un entramado espacial

Cabezas: forjados; almas: pantallas radiales y perimetrales

Gran influencia de huecos no modificables

Necesidad de empleo de H-70


MC-2

Losa superior: tracciones

Estudio combinado: modelos locales de elementos finitos / esquemas de campos de tensiones

Cinturn de rigidez: anlisis


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Cinturn de rigidez: forjados


Espesor de forjado: 0,38 m; H-70

Armadura: 1020 + 1032 p.m.

17 cables 12 0,6 en cada viga perimetral

73 cables 12 0,6 en viga transversal


MC-2




MC-2

Espesor de las pantallas: 0,6 0,8 m; H-70

Armadura horizontal: 225/100

Armadura vertical: 425/100

20 barras pretensadas en cada pantalla radial

Cinturn de rigidez: pantallas



MC-2




MC-2

???



46

Interaccin entre sistemas


Fuerte hiperestaticidad en el reparto de cargas verticales: ncleos, soportes, cinturn, vigas cargadero

Interaccin entre los tres sistemas que contribuyen a la rigidez horizontal: ncleos, forjados, cinturn

Comportamiento diferido diferencial entre elementos portantes verticales: soportes y ncleos

Interaccin con sistemas funcionales (fachadas, ascensores)

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Descensos diferenciales diferidos

Interaccin entre sistemas

Entre ncleo central y soportes radiales

contraflecha mximaconstruccin apeada

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Acortamientos diferidos de soportes

ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2 Interaccin entre sistemas

Acortamiento planta a planta de los soportes de fachada desde la colocacin de sta

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Antigua Ciudad Deportiva del Real Madrid

Grupo Sacyr-Vallehermoso

Arquitectos: Carlos Rubio y Enrique lvarez-Sala, Madrid

Proyecto: 2005

Constructora: SACYR

Torre Sacyr-Vallehermoso

50


Vigas cargadero en accesos en zona baja

Colaboracin temprana entre arquitectos e ingenieros estructurales

Adaptacin mutua de la estructura y la arquitectura para permitir la mejora global del edificio

Sistema estructural ajustado y eficaz

Consideracin detallada de la incidencia de los procesos constructivos

Coordinacin eficiente por parte del promotor

51

Forjado mixto sobre chapa plegada

Geometra modular repetitiva

Luces moderadas ( 7,5 m)

Simplicidad de montaje

Proteccin sencilla frente a fuego

Vigas principales

Viguetas

Chapa plegada (encofrado colaborante)

Hormign armado

Conectadores

Armadura para resistencia al fuego

Proteccin con ignifuga


Soportes mixtos

52

Perfil metlico 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 cuantas de armadura para ajustar los tamaos en zonas bajas

Perfil metlico

Vigas principales

Hormign armado


53

Montaje: ncleo y soportes metlicos

Ncleo

Soportes metlicos


54

Montaje: vigas principales y viguetas

Ncleo

Soportes metlicos

Vigas principales

Viguetas

Viga de borde


55

Montaje: chapa plegada

Ncleo

Soportes metlicos

Vigas principales

Viguetas

Viga de borde

Chapa plegada


56

Montaje: hormigonado de forjados

Ncleo

Soportes metlicos

Vigas principales

Viguetas

Viga de borde

Chapa plegada

Hormign del forjado


57

Montaje: hormigonado de soportes

Ncleo

Soportes metlicos

Vigas principales

Viguetas

Viga de borde

Chapa plegada

Hormign del forjado

Hormigonado de los soportes


58

Solape de actividades


59


sentido de avance de la construccin


60




61




62




Construccin del ncleo

Torre Sacyr-Vallehermoso 63

Estudio en tnel de viento


67


Respuesta global Ncleo Sombrero

+=

= +

viento

68

Sombrero

Niveles 54 y 55 (zona tcnica)

Slo se conectan 6 soportes

Pantallas de hormign armado HA-30, e = 0,80 m

Losas de hormign armado HA-30, e = 0,34m

pantallas de conexin a rasante

losas superior e inferior

soportes conectados

69

Sombrero

70

Sombrero

Solicitaciones horizontales Transferencia de solicitaciones verticales por fluencia

Montaje de los soportes metlicos



Montaje de las vigas metlicas

Uniones atornilladas


Colocacin de la chapa plegada


Hormigonado de la losa


Ferrallado y hormigonado de los soportes



Forjado mixto

80


Forjado mixto

81

82

Interaccin con la fachada

Pieza metlica estructural para remate perimetral del forjado

Se aprovecha para facilitar las condiciones de apoyo de la fachada

Optimizacin de los recursos para responder a las necesidades arquitectnicas y estructurales

Viga principal

Vigueta Viga de borde para apoyo de fachada

Puntos de apoyo de fachada

Forjado mixto


83Torre Sacyr-Vallehermoso


84Torre Sacyr-Vallehermoso


85

Apeo de soportes en zonas bajas

soportes centrales

soportes interiores

soportes de fachada

Nivel 6

Nivel 5

Nivel 4

Zona

tcn

ica


86

soportes centrales

soportes interiores

soportes de fachada

Nivel 6

Nivel 5

Nivel 4

Zona

tcn

ica



Vigas mixtas de gran luz


L 29

m

91

94


95


96

Avance de las obras

97

Avance de las obras


Avance de las obras

98


Avance de las obras

99

100

Avance de las obras

101

Conclusiones


Fuerte interaccin entre los diferentes sistemas estructurales

Interrelacin acusada entre arquitectura, estructura e instalaciones

Papel crucial de la gestin de proyecto

Se necesita un proyecto bsico bien desarrollado y coordinado

Gran importancia de los procesos constructivos

Herramientas de clculo potentes y flexibles

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Miguel GMEZ NAVARRO

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