sótano de aparcamientos de 5 plantas, con forjados de hormigón

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SÓTANO DE APARCAMIENTOS DE 5 PLANTAS, CON FORJADOS DE
HORMIGÓN POSTESADOS DE GRANDES LUCES Y PATIOS QUE
INTERRUMPEN LA TRANSMISIÓN DE EMPUJES.
Eduardo MARTÍNEZ MOYA
Arquitecto
Edartec Consultores, S.L.
Director
[email protected]
Manuel SÁNCHEZ GARROTE
Ingeniero Industrial
Edartec Consultores, S.L.
Director Área Técnica
[email protected]
RESUMEN
Responder al desafío estructural que suponía el encargo de excavar cinco plantas de sótano sin
posibilidad de transmitir los empujes de tierras de uno a otro lado de las pantallas de contención
de la forma más natural, esto es, a través de los forjados trabajando como diafragmas
comprimidos. La causa es la existencia de enormes patios que longitudinalmente cortan gran
parte de todo el edificio enterrado. Responder a las grandes exigencias de luz sin soportes (16
metros) y cargas (en planta baja tierras para árboles de gran porte). Aportar soluciones de índole
técnico-práctico al reto estructural planteado.
PALABRAS CLAVE: sótano, forjado, postesado, excavación, anclajes, tesado, empujes,
terrenos, pantallas
1. ANTECEDENTES
El consorcio Palacio de Exposiciones y Congresos de Sevilla (Fibes), encargó al arquitecto D.
Guillermo Vázquez Consuegra la redacción del Proyecto de Ampliación del Palacio de Congresos
y Exposiciones de Sevilla, sito en la confluencia de las calles Alcalde Luis Uruñuela y Dr. Miguel
Ríos Sarmiento de la capital andaluza. Posteriormente, encargó también la dotación de un
importante edificio anexo y exento de aparcamientos como dotación a dicho Palacio de
Congresos. La ingeniería Edartec Consultores recibió el encargo de colaboración en el desarrollo
del Proyecto de Ejecución de Estructuras y Cimentaciones de dicho edificio.
2. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO
El aparcamiento se desarrolla completamente bajo rasante, dejando una plaza-jardín superior
dotada de fuerte espesor de tierras que permiten el desarrollo de especies vegetales de gran
porte. Se diseñan unas 900 plazas de aparcamiento y se conecta este edificio al del Palacio de
Congresos propiamente dicho.
El edificio presenta una planta trapecial de base 45,56 m y lados mayor y menor de 127,88 y
107,58 m, respectivamente, con una superficie de unos 26.000 m2 aproximadamente, ocupados
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por 5 plantas de aparcamiento, en la que se sitúa un gran patio central de dimensiones 48.60 x
10.60 m, dispuesto en sentido longitudinal. Este patio, a modo de gran apertura central, permite la
ventilación y la llegada de luz natural a las distintas plantas bajo rasante, evitando la sensación de
espacio cerrado que se experimenta en la mayor parte de los aparcamientos subterráneos.
Atravesando el espacio central, desfasadas de unas plantas a otras, aparecen unas pasarelas que
comunican entre sí, por su parte central, las dos partes en las que queda dividido el aparcamiento
por el espacio central mencionado.
A ambos lados del patio central, en los extremos longitudinales, se sitúan los núcleos de
comunicaciones verticales y las galerías de instalaciones.
Junto a los citados núcleos, ocupando los dos extremos del edificio, se sitúan, según planta, las
cabezas donde se ubica la rampa helicoidal de bajada, en un extremo, y la rampa helicoidal de
subida, en el extremo opuesto, que conectan entre sí las distintas plantas, permitiendo el flujo de
vehículos.
Uno de los requisitos que planteaba el proyecto arquitectónico, era el conseguir grandes espacios
diáfanos, sin la interferencia de elementos verticales de la estructura, que permitiesen una visión
“limpia” de los mismos y una facilidad en las operaciones de acceso y maniobra de los vehículos
que hiciesen agradable su uso.
La presencia del gran patio central, dispuesto en el sentido longitudinal del edificio y la necesidad
de conseguir los espacios diáfanos citados, han sido los condicionantes principales que han dado
lugar a adoptar la configuración estructural y las soluciones constructivas que se describirán en el
presente artículo.
Figura 1. Planta correspondiente al nivel -3 del aparcamiento.
Figura 2. Sección longitudinal del aparcamiento.
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Figura 3. Sección transversal del aparcamiento.
3. RESEÑA GEOTECNICA
Al tratarse de un edificio bajo rasante, se hace necesario exponer la naturaleza y características
del terreno existente en la parcela, para de este modo poder evaluar y cuantificar los empujes que
las tierras ejercerán sobre las estructuras de contención a proyectar.
El perfil estratigráfico del terreno, establecido tras el reconocimiento geotécnico llevado a cabo,
está formado por 5 niveles litológicos:
Nivel I. Relleno actual: Constituido por arcillas marrones con algo de arenas y restos cerámicos,
carbonatos y materia orgánica, con una potencia comprendida entre 2.6 y 5.4 m.
Nivel II. Arcillas: Formado por arcillas arenosas con consistencia media a firme, con espesores de
1,4 a 4,0 m.
Nivel IIIa. Arenas: Se describen como arena arcillosa con algo de grava y compacidad densa, con
espesores de 0,9 a 1,8 m.
Nivel IIIb. Gravas: Estrato formado por gravas arenosas, con espesores de 5,4 a 8,6 m. Presentan
una compacidad muy densa.
Nivel IV. Arcilla Margosa: Se describe como arcilla margosa con lentejones arenosos e
intercalaciones limosas de alta plasticidad y consistencia firme.
El nivel freático se situaba a la profundidad de 4.35 m.
El perfil geotécnico puesto de manifiesto, se ajusta a la estratigrafía propia del Valle del
Guadalquivir.
4. SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS
En este apartado, se describirán cada una de las soluciones constructivas planteadas y
ejecutadas finalmente en la obra.
4.1. Cimentación
Tal y como se ha indicado, la configuración del edificio y la necesidad de conseguir los grandes
espacios diáfanos que recogía el proyecto arquitectónico, originaban que se produjese la
presencia de unas determinadas zonas, principalmente bajo los núcleos de comunicaciones
situados en cada extremo del patio central, donde se producía una fuerte concentración de
cargas, zonas que alternaban con otras menos cargadas.
Si bien dada la naturaleza del terreno existente a la cota de vaciado, su compacidad y la
“precarga” a la que había estado sometido, hacian viable la adopción de un sistema de
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cimentación superficial, la fuerte variación que experimentaban las cargas que transmitía la
estructura de unas zonas a otras y la concentración de las mismas, hacían aconsejable, desde el
punto de vista técnico, adoptar un sistema de cimentación que resolviese los condicionantes
expuestos.
Tras analizar las distintas opciones posibles, se optó, en base al comportamiento que presentaba
y por razones de índole económica, una solución de cimentación profunda mediante pilotes
prefabricados hincados. Se hincaron pilotes de sección cuadrada y dimensiones 350x350 mm y
400x400 mm, agrupándose bajo encepados con distinto número de pilotes en función de las
cargas que recibe, encepados que quedaban arriostrados entre sí por una losa arriostrante, de 30
cm de espesor, armada con una doble parrilla, superior e inferior.
La longitud media de hinca alcanzada en los trabajos de puesta en obra, fue del entorno de 10
metros, quedando los mismos trabajando por punta y por fuste.
Figura 4. Planta de cimentación.
Figura 5. Ejecución. Arranques y cimentación. Obsérvese las grandes luces existentes. Junio 2009 .
4.2. Estructura de contención
La necesidad de realizar una excavación hasta la cota -16,70 m, referida a la cota 0.00 de
proyecto, obligó a proyectar unas pantallas de hormigón continuas, de 0.80 m de espesor, que se
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ejecutarían desde tres plataformas situadas a las cotas -1,05, -2.15 y -4,35 m, dando lugar a tres
secciones tipos, en función de la situación del edificio con respecto a la urbanización definitiva del
solar.
Estas pantallas llegaron a profundizar hasta la cota -26,00 m, con un empotramiento total igual a
9,30 m, parte del cual se realizaba en el nivel de arcillas margosas (margas azules), con la
finalidad de realizar un recinto estanco. Para la definición del empotramiento de la pantalla se tuvo
que considerar tanto el necesario para garantizar la estabilidad de la misma frente a los empujes
del terreno, como el necesario para transmitir las cargas verticales que le transmiten los forjados
que apoyan en las mismas, siendo este último, en dos de los tres casos, el factor que determinó la
longitud final,
Para permitir acometer la ejecución de la cimentación desde la cota -16,60 m y garantizar la
estabilidad de la pantalla en fase de obra, se proyectaron y ejecutaron dos líneas de anclajes
provisionales contra el terreno. La primera línea (situada a las cotas -5,85 m, -6,35 m ó -7,85 m,
según tipo de pantallas), se ejecutaba con anclajes convencionales, compuestos por cinco torones
de 0,6”. La segunda línea (situada a las cotas -12,05 m y -12,45 m, según tipo), se ejecutaba con
anclajes multibulbos, compuestos por siete torones de 0,6” ó por 9 torones de 0.6”.
4.3. Estructura
La estructura de cualquier proyecto de edificación, como bien sabemos los Consultores de
Estructuras, está fuertemente condicionada por la configuración arquitectónica del edificio
proyectado por el Arquitecto autor del mismo, debiéndose someter y ajustar cuanto sea posible a
los límites geométricos que se nos imponen, garantizando el cumplimiento de los Estados Límites
Últimos y de Servicio.
En este proyecto, se ha contado con los siguientes condicionantes:
-
Presencia de un gran patio central, dispuesto en sentido el sentido longitudinal del edificio,
que interrumpía la continuidad de los forjados a la hora de acodalar una pantalla con la
situada en frente, en la situación definitiva. Estos cortes en la transmisión de esfuerzos a
las distintas cotas, obligaban a canalizarlos por los propios forjados y a transmitirlos a los
únicos elementos que permanecían con capacidad para realizar esta misión y que son
esencialmente los núcleos de escaleras y ascensores (además de los pilares), y unas
pasarelas entre zonas, proyectadas adicionalmente con esta misión, en posiciones
diferentes en cada nivel de sótano.
-
Necesidad de crear grandes espacios diáfanos que facilitasen la maniobra y el uso del
aparcamiento. Para dar respuesta a este condicionante, se han proyectado y construido
forjados unidireccionales postesados de hormigón armado con nervios de sección en T.
Los forjados mencionados se disponen en los dos vanos adyacentes al patio central,
recogidos por una viga de atado, que descansa mediante “crets” (bulones) en la pantalla
de contención y apoyados, en el extremo opuesto, en el pórtico del patio. Los citados
forjados cuentan con un único vano y presentan unas luces del orden de 16.00 m.
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En las cabezas extremas, en los casos donde aparece el hueco de las rampas, se optó por
cambiar la solución descrita, adoptándose en su lugar, una solución de losa maciza de
hormigón armado.
-
La cubierta del aparcamiento estaba ocupada por una plaza-jardín, dotada de un
importante espesor de tierras que permitiese el desarrollo de especies vegetales de gran
porte. La presencia de cargas de entidad en este nivel, unido a la conocida reducción de la
rigidez del apoyo de los forjados que se origina, debido a la no continuación de la
estructura vertical, obligó a disponer elementos en la estructura horizontal de mayor
capacidad portante y rigidez que en las plantas inferiores.
Como respuesta a los condicionantes expuestos, se ha proyectado y ejecutado una estructura de
hormigón ejecutada in situ, en la que, en los elementos horizontales, alternan zonas de hormigón
armado (cabezas extremas con presencia del hueco de las rampas) con zonas de hormigón
postesado (zonas adyacentes al patio central y cabezas extremas sin hueco de rampas).
La estructura vertical, está compuesta por pantallas de hormigón armado, en la zona de los
núcleos de comunicaciones y pilares en las líneas de carga situadas en los bordes del patio
central, siendo sustituidos por pilares metálicos en el caso de los pilares dispuestos en las
rampas, para reducir su impacto visual.
La transmisión de las cargas de una parte a otra del núcleo de comunicaciones, se realiza
mediante unas celosias metálicas dispuestas en la delimitación del patio central con las escaleras.
Éstas últimas, se resuelve mediante unas losas de hormigón que trabajan, junto con la celosía
anterior, transmitiendo las cargas entre los dos extremos.
Figura 6. Planta de estructura del Nivel 0.
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Figura 7. Planta de estructura del Nivel -4.
Figura 8. Hormigonado forjado -4, montaje forjado -3. Obsérvese patios longitudinales. Sept. 2009
5. DESAFIO TECNICO
La necesidad de dar respuesta a los requisitos y condicionantes que planteaba el proyecto
arquitectónico, hizo necesario analizar con rigor las distintas situaciones al objeto de plantear la
solución más adecuada que cumpliese los fines perseguidos.
5.1. Solución para grandes luces
La necesidad de crear espacios diáfanos tal y como se ha venido comentando, obligó a adoptar,
en la mayor parte de la planta del edificio, una solución de forjados unidireccionales postesados.
Los citados forjados presentaban una sección en “T”, con un canto total igual a 60 cm (salvo en el
forjado de la cota cero donde se incrementaba hasta el valor de 90 cm) y capa de compresión de
20 cm de espesor.
En la mayoría de los casos, funcionan de manera aislada, sin continuidad, con una luz en el
entorno de 16.00 m, salvo en la zona de las cabezas, en los que no existe hueco de rampa, donde
los dos vanos extremos, de la misma luz que los tramos aislados, presentan continuidad con un
tramo intermedio, de 10.60 m de luz.
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Figura 9. Imagen de la armadura activa en la testa del forjado. Sección y armado de nervio tipo.
Figura 10. Detalle del trazado de la armadura activa y del anclaje activo junto al muro pantalla.
5.2. Presencia del hueco del patio central
La presencia del hueco central correspondiente al patio, en el sentido longitudinal, da lugar a una
serie de fenómenos que han tenido que contemplarse en el diseño de la estructura y en el
dimensionado de sus elementos:
-
-
-
La presencia del hueco mencionado, impide el acodalamiento directo entre las pantallas
enfrentadas, en sentido longitudinal, en la fase definitiva del edificio. Por esta razón ha de
contemplarse el forjado, en la zona adyacente al patio, no sólo como el elemento horizontal
encargado de canalizar las cargas verticales hacia los soportes, sino como un elemento,
trabajando en su plano, que recoge las cargas que le transmiten las pantallas de
contención y las canaliza, principalmente, hacia los núcleos de comunicaciones, dada su
mayor rigidez frente a los pilares situados en el borde del patio.
Por otra parte, las solicitaciones debidas a los esfuerzos que se generan en las distintas
secciones de los forjados, en la misión de canalizar las cargas salvando la discontinuidad
del hueco correspondiente al patio, hubo que sumarlos a las solicitaciones originados por
las cargas verticales que gravitan sobre el propio forjado y las debidas al postesado.
La configuración estructural, consecuencia de la presencia del hueco del patio, genera una
fuerte concentración de esfuerzos en el entorno de los núcleos de comunicaciones. Esto
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unido al requerimiento, por parte del autor del proyecto, de una abertura de las escaleras
hacia el patio interior, dio lugar a la necesidad de proyectar un elemento resistente
compuesto por unas celosías metálicas verticales y por la propia losa de las escaleras, de
entidad suficiente para resistir las fuertes compresiones a las que se veían sometidos.
Figura 11. Modelo general en programa MEF. Análisis de tensiones longitudinales junto al patio.
Figura 12. Imagen y plano (alzado y planta) de la cercha dispuesta en los núcleos de escalera.
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5.3. Ausencia de juntas
Las dimensiones que el edificio presenta, aconsejaban contemplar la presencia de una serie de
juntas que interrumpiesen su continuidad y limitasen los esfuerzos de origen térmicos o reológicos
que pudiesen producirse.
Estas juntas, al margen de su incidencia en el proyecto arquitectónico, suponían una
discontinuidad en el mecanismo resistente global que se había planteado, impidiendo que
funcionase como tal.
Ante esta situación, se llevó a cabo un análisis profundo y riguroso del efecto que sobre los
elementos de la estructura suponían los esfuerzos derivados de la ausencia de las juntas
mencionadas. A falta de una normativa que contemple estas situaciones, se procedió a realizar un
modelo de cálculo que permitiese cuantificar los efectos referidos. Para la realización de este
modelo, se consultó información y bibliografía específica sobre estudios y experiencias al
respecto.
Figura 11. Modelización en un programa de MEF de las tensiones de origen reológico.
5.4. Presencia de grandes cargas en cubierta
El proyecto de arquitectura, contemplaba la ejecución de una planta-jardín superior, dotada de un
espesor de tierra importante, suficiente para plantar y permitir el desarrollo de especies vegetales
de gran porte.
Este requisito se traducía en la presencia de una carga muerta importante a nivel de la cubierta
que, unida a la disminución de rigidez de su vinculación con el resto de la estructura propia de la
última planta, obligaba a incrementar la rigidez y entidad de este forjado.
Por otra parte, la necesidad de materializar el hueco y la rampa en uno de los extremos, sin
continuidad en las plantas inferiores, obligaba a apear los soportes necesarios en la planta inferior
(forjado nivel -1). La necesidad del apeo, para no condenar o restringir el uso de este espacio en
las plantas situados en niveles inferiores, y el valor de las cargas que se transmiten conllevó la
necesidad de proyectar y dimensionar elementos estructurales específicos.
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