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
Geometra del edificio
6
Dimensiones en planta
42,9 m
42,9
m34
,8 m
Geometra del edificio
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
Sistemas portantes verticales
Forjados: anlisis sistemtico
Sistemas portantes verticales
Modelizacin Obtencin de esfuerzos Patrones de armado
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2 12
13
Soportes radiales continuos
Sistemas portantes verticales
14
Soportes de fachada
rectos
rectos
curvos
curvos
Sistemas portantes verticales
15Reprise des charges verticales
Soportes de fachada
16
Modelo general de clculo
Sistemas portantes verticales
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
Sistemas portantes verticales
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 %
Sistemas portantes verticales
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
Sistemas portantes verticales
22
Soportes mixtos
Sistemas portantes verticales
23
Desvo de soportes
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2
Importantes piezas de desvo que ocupan una o dos alturas con pretensado horizontal para anclar las fuerzas de desvo en el ncleo
Sistemas portantes verticales
24ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
225
externos325
internos
Zunchado del hormign mediante cercos
Interseccin soportes HAR forjados
Sistemas portantes verticales
25
Vigas cargadero
Vigas cargadero en vestbulos: celosas mixtas pretensadas,
L 28 m, h 8 m
Cordn inferior Cordn superior
Sistemas portantes verticales
26
Vigas cargadero
Detalle de nudo con anclajes de pretensado
Apoyo excntrico y pretensado horizontal
Sistemas portantes verticales
27ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Vigas cargadero
Sistemas portantes verticales
28ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Vigas cargadero
Sistemas portantes verticales
29
Sistemas portantes horizontales
Respuesta global Ncleos Cinturn de rigidez Forjados rgidos
+ +=
= + +
viento
30
Comportamiento aerodinmico
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2
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
Sistemas portantes horizontales
31
Tnel de viento con capa lmite (Ontario)
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2
Modelo torre Tnel de viento
Sistemas portantes horizontales
32
Viento: anlisis dinmico
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2
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
Sistemas portantes horizontales
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
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2 Sistemas portantes horizontales
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
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2 Sistemas portantes horizontales
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)
36
Cinturn de rigidez
Sistemas portantes horizontales
Solicitaciones horizontales Solicitaciones verticales
37
Cinturn de rigidez: funcionamiento
Sistemas portantes horizontales
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
38ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Losa superior: tracciones
Estudio combinado: modelos locales de elementos finitos / esquemas de campos de tensiones
Cinturn de rigidez: anlisis
Sistemas portantes horizontales
39
Cinturn de rigidez: forjados
Sistemas portantes horizontales
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
40ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Cinturn de rigidez: forjados
Sistemas portantes horizontales
41ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Cinturn de rigidez: forjados
Sistemas portantes horizontales
42ESTUDIO DE INGENIERIA
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
Sistemas portantes horizontales
43ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Cinturn de rigidez: pantallas
Sistemas portantes horizontales
44ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
Cinturn de rigidez: pantallas
Sistemas portantes horizontales
45ESTUDIO DE INGENIERIA
MC-2
???
Cinturn de rigidez: pantallas
Sistemas portantes horizontales
46
Interaccin entre sistemas
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2
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
48
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
49
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
Torre Sacyr-Vallehermoso
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
Torre Sacyr-Vallehermoso
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
Torre Sacyr-Vallehermoso
53
Montaje: ncleo y soportes metlicos
Ncleo
Soportes metlicos
Torre Sacyr-Vallehermoso
54
Montaje: vigas principales y viguetas
Ncleo
Soportes metlicos
Vigas principales
Viguetas
Viga de borde
Torre Sacyr-Vallehermoso
55
Montaje: chapa plegada
Ncleo
Soportes metlicos
Vigas principales
Viguetas
Viga de borde
Chapa plegada
Torre Sacyr-Vallehermoso
56
Montaje: hormigonado de forjados
Ncleo
Soportes metlicos
Vigas principales
Viguetas
Viga de borde
Chapa plegada
Hormign del forjado
Torre Sacyr-Vallehermoso
57
Montaje: hormigonado de soportes
Ncleo
Soportes metlicos
Vigas principales
Viguetas
Viga de borde
Chapa plegada
Hormign del forjado
Hormigonado de los soportes
Torre Sacyr-Vallehermoso
58
Solape de actividades
Torre Sacyr-Vallehermoso
59
Solape de actividades
sentido de avance de la construccin
Torre Sacyr-Vallehermoso
60
Solape de actividades
sentido de avance de la construccin
Torre Sacyr-Vallehermoso
61
Solape de actividades
sentido de avance de la construccin
Torre Sacyr-Vallehermoso
62
Solape de actividades
sentido de avance de la construccin
Torre Sacyr-Vallehermoso
Construccin del ncleo
Torre Sacyr-Vallehermoso 63
Estudio en tnel de viento
Torre Sacyr-Vallehermoso 64
Torre Sacyr-Vallehermoso 65
Estudio en tnel de viento
Torre Sacyr-Vallehermoso 66
Estudio en tnel de viento
67
Sistemas portantes horizontales
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
Torre Sacyr-Vallehermoso 71
Torre Sacyr-Vallehermoso 72
Montaje de los soportes metlicos
Torre Sacyr-Vallehermoso 73
Montaje de las vigas metlicas
Torre Sacyr-Vallehermoso 74
Montaje de las vigas metlicas
Uniones atornilladas
Torre Sacyr-Vallehermoso 75
Torre Sacyr-Vallehermoso 76
Montaje de las vigas metlicas
Colocacin de la chapa plegada
Torre Sacyr-Vallehermoso 77
Hormigonado de la losa
Torre Sacyr-Vallehermoso 78
Ferrallado y hormigonado de los soportes
Torre Sacyr-Vallehermoso 79
Torre Sacyr-Vallehermoso
Forjado mixto
80
Torre Sacyr-Vallehermoso
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
Torre Sacyr-Vallehermoso
83Torre Sacyr-Vallehermoso
Interaccin con la fachada
84Torre Sacyr-Vallehermoso
Interaccin con la fachada
85
Apeo de soportes en zonas bajas
soportes centrales
soportes interiores
soportes de fachada
Nivel 6
Nivel 5
Nivel 4
Zona
tcn
ica
Torre Sacyr-Vallehermoso
86
soportes centrales
soportes interiores
soportes de fachada
Nivel 6
Nivel 5
Nivel 4
Zona
tcn
ica
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso
Torre Sacyr-Vallehermoso 87
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso 88
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso 89
Apeo de soportes en zonas bajas
Torre Sacyr-Vallehermoso 90
Apeo de soportes en zonas bajas
Vigas mixtas de gran luz
Torre Sacyr-Vallehermoso
L 29
m
91
Vigas mixtas de gran luz
Torre Sacyr-Vallehermoso 92
Vigas mixtas de gran luz
Torre Sacyr-Vallehermoso 93
94
Vigas mixtas de gran luz
95
Vigas mixtas de gran luz
96
Avance de las obras
97
Avance de las obras
Torre Sacyr-Vallehermoso
Avance de las obras
98
Torre Sacyr-Vallehermoso
Avance de las obras
99
100
Avance de las obras
101
Conclusiones
ESTUDIO DE INGENIERIAMC-2
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
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 NAVARRO