El edificio singular `Torre Zero Zero´ del barrio del Forum de Barcelona

Figura 1. Vistas generales del edificio concluido.

Fernando García Davila. Ingeniero Industrial. Jefe de Departamento. FCC Construcción. Francisco Durà Aparicio. Arquitecto Técnico. Jefe de Obra. FCC Construcción. Javier Ainchil Lavin. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Técnico Cataluña. FCC Construcción.

La `Torre Zero Zero´ es un edificio con una concepción y diseño de su estructura muy original y singular. Se trata de una torre prismática con planta romboidal de 110 metros de altura. Su esquema estructural fundamental es de tipo `tubo en tubo´ configurado por el núcleo de hormigón (tubo interior), elemento resistente principal frente a las acciones horizontales, y la fachada (tubo exterior), constituida por un doble conjunto de piezas: los soportes verticales de la fachada interior y las piezas inclinadas de la exterior, ambas actuando conjuntamente a través de las uniones dispuestas en los niveles de piso. Como consecuencia de tal singularidad y a fin de ejecutar la obra en un plazo reducido fue preciso desarrollar un proceso constructivo alternativo, industrializado y optimizado, compatible con el sistema estructural determinado por los proyectistas.

1. Descripción de la estructura El edificio de la `Torre Zero Zero´ está ubicado en un solar de forma triangular de 4.043,90 m2 de superficie propiedad del Ayuntamiento de Barcelona mediante una cesión de uso de 50 años en favor del Consorcio de la Zona Franca Barcelona.

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La torre es un prisma con planta romboidal, que se construye en el ángulo entre las prolongaciones de las avenidas Diagonal y Eduard Maristany. Está formada por 2 plantas sótanos, planta baja y 25 plantas piso y cuenta con una superficie de 24.190 m2 sobre rasante y 8.750 m2 bajo rasante, con 350 plazas de aparcamiento y una ocupación prevista para mas de 1.500 personas. El autor del proyecto es EMBA (Estudio Massip-Bosch Arquitectos), correspondiendo el proyecto estructural a MC-2 Estudio de Ingeniería (Julio Martínez Calzón).

y ascensores además de gran parte de las instalaciones, y un tubo exterior, con una variada tipología, dispuesto en el perímetro exterior de fachada del edificio. Ambos tubos están interconectados estructuralmente a través de los diferentes forjados de las plantas.

El esquema estructural base está constituido por tres sistemas de elementos que dan lugar a una disposición tipológica dentro de los edificios de altura denominada `tubo en tubo´.

En el caso de la `Torre Zero Zero´ se presentan algunas singularidades respecto a la tipología tubo en tubo convencional, que se centran principalmente en la forma de la planta del edificio y en las características del complejo conjunto que forma la fachada exterior.

La tipología `tubo en tubo´ consta de un tubo interior, de gran dimensión, realizado en hormigón armado, dentro del cual se albergan las comunicaciones de escaleras

La disposición formal de la planta es romboidal, simétrica respecto a un eje longi-

El edifico de la `Torre Zero Zero´ consta de una estructura que contiene un sistema convencional base y otro sistema de gran singularidad y características estructurales novedosas.

78 ISSN: 0008-8919. PP.: 78-84

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Realizaciones Figura 2. Vista en planta y de los esquemas estructurales.

tudinal y asimétrica respecto al eje transversal, presentando una punta muy afilada (la frontal a la ciudad) y la opuesta claramente obtusa (la dorsal a la ciudad). Los vértices simétricos situados en los extremos del eje transversal, forman un ángulo sensiblemente recto. La singularidad del conjunto de la fachada exterior (tubo exterior) reside en la existencia de una doble capa dentro de dicha fachada:

• La capa exterior, formada por tubos metálicos rectangulares (68x24 cm), con su lado largo dispuesto perpendicularmente a la fachada, distribuidos de forma irregular y aleatoria, por lo que son denominados `bambúes´ para su tratamiento y análisis. • La capa interior, constituida por soportes interiores verticales muy próximos entre sí (1,35 m entre ejes), con unos perfiles en [ de remate de los forjados de planta. En esta capa interior que dista 34,5 cm de la exterior se sitúa la fachada acristalada propiamente dicha.

Figura 3. Alzado y secciones de la conexión de bambúes con estructura interna.

Figura 4. Vista de los bambúes en fase de construcción y una vez finalizados.

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Ambas capas están unidas estructuralmente entre sí por medio de conexiones tubulares situadas entre nudos de la capa exterior y centros de vano de la capa interior. De esta manera se conforma un subsitema estructural completo que es capaz de resistir tanto fuerzas verticales (que se distribuyen entre los dos sistemas de piezas proporcionalmente a las rigideces de cada uno de los mismos en dicha dirección), como horizontales, mayoritariamente absorbidas por las piezas inclinadas de la capa exterior. El sistema descrito conjuga: • La capacidad estética y expresiva ofrecida por la trama irregular exterior con forma orgánica (bambúes), sobrepuesta a la fachada de cristal sustentada en una discreta y sutilmente diluida estructura regular ortogonal interna. • Un sistema estructural en el que las acciones horizontales son básicamente absorbidas por el entramado de diagonales de la capa exterior, mientras que las acciones verticales son mayoritariamente absorbidas por el sistema regular vertical de la capa interior. El esquema estructural se completa con un núcleo central constituido por un recinto cerrado de muros de hormigón armado (HA-50) con planta en forma de diamante, que alberga en su interior las escaleras y ascensores, así como el bloque de servicios de cada planta. El núcleo de hormigón, por un lado recoge parte de las cargas verticales que le transmiten los forjados de plantas, formados por losas macizas de hormigón armado y pretensado. Por otro lado, los forjados de plantas que vinculan entre si la doble estructura exterior de fachada con el núcleo central de hormigón permiten un comportamiento estructural global, en el cual, el núcleo absorbe parte de las acciones horizontales debido a su rigidez. Las losas de hormigón, empotradas elásticamente en el núcleo,

articuladas en el perímetro de fachada interior con pilares metálicos, y rematadas por un dintel de recogida de la losa, dan lugar a un potente esquema estructural y funcional, capaz de hacer frente combinadamente a todas las solicitaciones del edificio (gravitatorias, eólicas y sísmicas). La singular forma en planta de la torre determina luces transversales entre núcleo y fachada muy variables, entre un mínimo de 8 m en las zonas claramente paralelas a los lados longitudinales, y un máximo de 16 m en las zonas a cada lado de los vértices longitudinales del núcleo interior. Debido a las luces existentes y a la presencia de patios interiores adyacentes a la fachada (que interrumpen el apoyo de los forjados en el perímetro), fue necesario diseñar un pretensado selectivo de zonas, evitando así el incremento del espesor de las losas y en consecuencia de su peso y coste. El sistema estructural anteriormente descrito se complica además debido a la existencia de patios interiores que crean espacios con alturas libres comprendidas entre 2 y 8 plantas. En dichos espacios, las fachada pierde el arriostramiento proporcionado por los forjados, dando lugar a longitudes de pandeo de los soportes interiores muy elevadas que hubieran requerido de secciones desproporcionadas. Para evitar este fenómeno y mantener las longitudes de pandeo en el orden del módulo correspondiente a una altura de piso, se diseñaron unas vigas mixtas (vigas de patio) de gran rigidez en el plano horizontal capaces de proporcionar un arriostramiento horizontal similar al de los forjados. Dichas vigas absorben las acciones horizontales y las transmiten a las zonas de forjado macizo contiguas. Estas vigas, de carácter mixto, están constituidas por un sistema metálico que consta de dos cabezas o cordones en forma de `[´ (una exterior `[´ y otra interior simétrica y análoga `]´). Ambos cordones están unidos entre sí por una chapa inferior continua que hace el papel de alma de la viga horizontal, rigidizada por elementos verticales transversales que se unen a los soportes

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Figura 5. Planta de situación de las vigas de patio.

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Realizaciones Figura 6. Vista en alzado de la situación de las vigas de patio y durante su ejecución en obra.

metálicos interiores, y permiten al sistema metálico global de la viga presentar una rigidez flexional de eje horizontal longitudinal a dicha viga capaz, a su vez, de permitir el hormigonado del hueco central sin ningún tipo de apeo. La pieza metálica semiabierta se completa con una parrilla de armadura superior para dar lugar a una pieza mixta, en la que el hormigón y el acero se conectan, además de mediante los rigidizadores verticales descritos, a través de pernos conectadores tipo `stud´ dispuestos en el interior de los cordones y la chapa de alma. Los cantos necesarios en las vigas de patio para aportar la rigidez horizontal necesaria oscilan entre 80 y 120 cm en función de las luces. Éstas vigas, al igual que el resto de elementos estructurales metálicos se recubrieron con la misma protección ignífuga correspondiente, con el fin de mantener la integridad estructural para la estabilidad al fuego exigida de RF-180. La diferente respuesta estructural del núcleo central (y en consecuencia del conjunto) ante diferentes direcciones de incidencia del viento fue un punto singular de análisis. En el sentido longitudinal el sistema es muy eficaz dado que presenta brazos resistentes muy potentes y la componente de viento es menor por la geometría del edifico aerodinámicamente

más favorable en dicha dirección. En la dirección transversal la componente de viento es más desfavorable por la geometría y aerodinámica y el brazo interior resistente es mucho menor. Para acentuar el problema, la mayoría de huecos verticales de instalaciones en todas las plantas se sitúan en los extremos del núcleo en dicha dirección transversal, lo que supone en una merma de resistencia y rigidez del núcleo. Por ello se dispusieron sobreespesores y refuerzos de armado con el fin de alcanzar las capacidades mínimas requeridas a efectos resistentes y deformacionales. En este caso, la colaboración de la doble estructura de fachada es de gran ayuda ya que las piezas de los `bambúes´ exteriores son capaces de absorber el 18% de la solicitación horizontal de viento, manteniendo las flechas horizontales en la coronación del edificio (bajo acciones máximas características) en H/600, equivalente a H/500 con inercias fisuradas del núcleo. En cuanto a las solicitaciones verticales, el sistema de núcleo interior aporta un 30% de la resistencia total, lo cual es relevante a la hora de dimensionar el mismo con las prestaciones funcionales requeridas.

Figura 7. Sección de una de las vigas de patio.

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2. Proceso constructivo La construcción de la estructura de la torre se planteó en dos fases bien diferenciadas: a) Construcción de la estructura principal constituida por el núcleo central de hormigón armado, la estructura interior de fachada y los forjados. b) Montaje de la estructura exterior de fachada, que sirve de arriostramiento a la estructura interior. En el esquema constructivo, la fase a) avanzaba independientemente de la fase b), que iba desfasada de la anterior un número determinado de plantas. Con objeto de reducir plazos en la ejecución de los ciclos de planta, se planteó una solución alternativa al proceso constructivo planta a planta. En este proceso alternativo se pretendió optimizar el ciclo de ejecución de cada planta, de tal manera que la estructura metálica y la ejecución de núcleos fueran por delante de la ejecución de los forjados, permitiendo simultanear la construcción de éstos con el montaje de la estructura metálica y de los muros y forjados de la zona de núcleo. Esto fue posible aplicando las técnicas siguientes: - Diseño de la estructura metálica con pilares que abarcaran 3 plantas sucesivas. - Descomposición de la estructura en piezas que incluirán 3 pilares unidos entre sí por el perfil U de remate de forjado. - Utilización de la técnica del encofrado trepante para la ejecución de los muros del núcleo resistente central. Por lo que respecta a la ejecución del núcleo, al construir los muros con el sistema de trepa fue necesario dejar embebidos

los manguitos de conexión de armaduras entre muro y forjado, así como los cajetines necesarios para poder albergar las trompetas de los anclajes de tesado. Estas trompetas y las vainas de tesado se instalaron en la fase de ejecución del forjado, conectando ambas mediante manguitos roscados. El núcleo de ascensores se realizó tal como se ha dicho con encofrado trepante y su construcción se llevó adelantada tres o más plantas por encima de la de los forjados. Se dispuso de un sistema comercial adaptado de encofrados trepantes para efectuar trepas de 4,00 metros de altura, que es la altura entre forjados, con una superficie tal que incluyera todo el perímetro de las pantallas que constituyen el núcleo central resistente. A este encofrado se le añadieron los sistemas de aproximación y separación, propios de los encofrados trepantes y se montaron sobre las consolas correspondientes de trepa. Se dispusieron dos filas de latiguillos, situada la más alta fuera de la zona de hormigonado y la más baja, un poco por encima de la superficie del forjado inferior. Tanto la estructura interior como la exterior de la fachada del edificio se fabricaron en taller y se montaron en la obra. Las mediciones del proyecto arrojan las siguientes cifras: • • • • •

Estructura interna de pilares Vigas de patio Estructura externa Arriostramientos y anclajes Total

997 t 423 t 822 t 123 t 2.365 t

Se ha señalado que siempre que fue posible los módulos de la fachada interior fueron montados con una altura máxima de 3 pisos, los cuales fueron elevados con grúas móviles o grúas torre. Para garantizar la estabilidad de los citados módulos fueron éstos apuntalados con diferentes procedimientos con objeto de permitir su ensamblaje con las de las tres plantas inferiores. Una vez apuntalados y soldados en su base, los módulos eran

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Figura 8. Alzado y planta del encofrado del núcleo.

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Realizaciones Figura 9. Esquema de montaje y arriostrado de los módulos metálicos de la fachada.

La estructura metálica de los soportes internos perteneciente a una planta cualquiera debía estar terminada en el momento de proceder al ferrallado y posterior hormigonado de la losa de forjado, garantizando así una perfecta conexión y apoyo entre los sistemas. En el caso de vigas de patio, el hormigonado de éstas se realizó en el mismo momento que se hormigonaba el resto de la planta a la que se unen con objeto de que la continuidad entre losa y viga de patio fuera lo más perfecta posible.

ligados entre sí mediante perfiles UPN horizontales. Los apuntalamientos eran útiles hasta la ejecución del primer forjado, que arriostraba definitivamente las piezas. Los apuntalamientos fueron diseñados para garantizar la seguridad de la estructura durante el proceso de montaje teniendo en cuenta la acción horizontal de viento. Los apuntalamientos se colocaban cada 2 pisos. Fueron estudiados apuntalamientos diagonales para las vigas de patio, para el último forjado hormigonado o directamente en el núcleo central de acuerdo a las diferentes situaciones de la obra. Para las plantas 1 hasta la 12 los apuntalamientos fueron necesarios hasta que los pilares eran soldados en su base. Para las plantas 12 hasta la 24 fueron mantenidos puntales cada 3 pilares hasta la ejecución de las plantas de hormigón. Figura 10. Vista de la obra montando los módulos de la capa interior de la fachada.

El hormigonado de las losas dejó sin rellenar las cajas de recepción de las uniones de los bambúes con las mismas. Las cajas venían completamente ensambladas, sin tapa superior e inferior, y conectadas con los perfiles de borde, los cuales estaban agujereados para permitir la posterior inserción de la unión tubular macho. El postesado de las plantas se realizaba a posteriori, disponiéndose puntales de apeo provisional en las zonas centrales. Al término del pretensado, con la mayor rapidez posible se llevaba a cabo la inyección de vainas y la protección final y sellado de las zonas extremas de los anclajes, para dejar las plantas terminadas y retirar los apeos provisionales. A medida que el cerramiento de la fachada se iba completando se procedía a ejecutar la estructura exterior de bambúes. La fachada estaba provista de huecos circulares oportunos en los centros de los vanos entre soportes en aquellos puntos en los que estaba prevista la colocación de una unión bambú-losa. El proceso de ejecución preveía dos tipos de piezas: • Piezas base: tramos de bambúes que conectan otra pieza base, previamente colocada, con un nudo de unión a una planta del edificio. Estas piezas se prolongaban más allá del nudo en cuestión para dejar en su extremo corto la preparación que servía para la recepción de otra pieza de bambú. • Piezas secundarias: tramos de bambú que unen entre sí puntos de piezas base siendo simples piezas prismáticas. Las piezas base llevaban incorporados todos los cruces y uniones entre piezas, con las preparaciones para la recepción de las piezas secundarias. En el proyecto constructivo se preveía un desfase entre la realización de la capa interior de la fachada, junto con los forjados de planta, y el montaje de la capa exterior de bambúes, de 4 plantas. El desfase entre el último forjado realizado y el muro cortina ya colocado era de 2 plantas. El desfase entre el montaje del muro cortina y la colocación de los bambúes también era de 2 plantas. El esquema de ejecución mencionado tuvo que ser estudiado y modificado por necesidades de obra, incrementándose a 14-16 plantas el desfase entre el último forjado realizado y el muro cortina, y a 3-4 plantas el desfase entre el muro cortina y la ejecu-

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Figura 11. Esquema de ejecución de proyecto y variante.

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Figura 12. Vistas de la obra colocando fachada acristalada y los bambúes de la capa exterior.

ción de los bambúes. Como consecuencia fue preciso reforzar algunos de los perfiles metálicos

3. Conclusiones Como consecuencia de la singularidad formal y estructural del edificio `Torre Zero Zero´ y a fin de ejecutar la obra en un plazo

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reducido fue preciso desarrollar un proceso constructivo alternativo que posteriormente tuvo que ser readaptado (y consecuentemente verificada su influencia en el comportamiento estructural) a fin de controlar los plazos de ejecución. Fue posible en esta obra realizar una secuencia industrializada y optimizada compatible con el sistema estructural determinado por los proyectistas.

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