LLOSA TRANSFER I ESTRUCTURA D’UN EDIFICI RESIDENCIAL DE 9 PLANTES SOBRE ELS VESTÍBULS DE L’INTERCANVIADOR DE TMB I RENFE DE L’ESTACIÓ ARC DE TRIOMF DE BARCELONA

DAVID GARCIA CARRERA
Dr. Arquitecte. CEO de BIS

MARINA VILÀ PAU
Arquitecta Tècnica. STR Technical Director de BIS

LAIA PICARÍN MACIAS
Arquitecta. Senior Associate Structural Engineer de BIS

NUNO GOMES
Enginyer Civil. Assistant STR Technical Director de BIS

La gran singularitat dels projectes realitzats radicava en el fet d’haver d’estintolar un edifici d’ús residencial de nou plantes sobre una llosa de transició postessada, sostre del nou intercanviador de TMB i Renfe a l’Estació de l’Arc de Triomf. Des del plantejament inicial calia aconseguir el tesat de la llosa en una única fase degut a la impossibilitat de poder esperar a disposar de part de la càrrega permanent de l’edifici superior al tractar-se de propietats diferents i amb terminis d’execució molt dilatats en el temps. Un cop executada la llosa el projecte de l’edifici va patir nombroses modificacions i va canviar de propietaris; cada nou projecte havia d’adaptar-se, en la seva concepció i disposició estructural, a la capacitat de la llosa transfer ja construïda. Cal destacar que la base dels pilars de l’edifici residencial va haver d’aïllar-se a nivell de vibracions amb un sistema mixt de molles i elastòmers i que durant la seva construcció va ser necessari substituir alguns dels pots de recolzament de la llosa (situats sobre els seus suports).

PARAULES CLAU:  Llosa posttesada, llosa transfer, adherent, estintolament, traçat, fissuració, comportament reològic, estructura metàl·lica, sistema d’amortidors, molles, elastòmers, freqüència, pot, auscultació.

INTRODUCCIÓ

El conjunt de l’intercanviador de TMB y Renfe està constituït por un vestíbul i una coberta, que és la que sustenta l’edifici residencial que s’havia de construir a posteriori sense cap correlació entre els pilars de suport de la mateixa i els de l’edifici.
Els dos projectes que es desenvolupen a continuació es van redactar en diferents períodes de temps, iniciant-se el primer d’ells, el de l’edifici residencial, l’any 2007 finalitzant-se les obres i la construcció final al 2024.
La coberta de l’intercanviador té forma principalment rectangular i ocupa tota la superfície del solar; es recolza en els seus costats més llargs sobre un sistema perimetral de pantalles de contenció i a la seva part central sobre dues línies de pilars. Les màximes dimensions adquirides en planta són, aproximadament, 75 m x 40 m. El cantell de la llosa estava fixat en 120 cm.
Un cop acabat l’intercanviador la previsió d’ús de la coberta era generar un espai públic, en forma de plaça, per la ciutat. No obstant, el projecte es caracteritzava per la singularitat de la futura construcció d’un edifici que quedaria estintolat sobre ella.
D’aquesta manera, en la fase d’execució final de la llosa de coberta de l’intercanviador, era imprescindible dotar-la de la capacitat estructural suficient per treballar a l’hora com a plaça i, en un futur, permetre l’execució i l’ús de l’edifici projectat sobre aquesta (fig.1).

Figura 1. Secció

El primer projecte redactat (hotel) tenia unes característiques molt peculiars, amb una forma orgànica singular que implicava un plantejament estructural basat en dos anells de pilars (un exterior i una altre interior), situats a intereixos inferiors als 3 m, que sustentaven un sistema de bigues metàl·liques sobre les que es disposaven forjats unidireccionals resolts amb sistema metàl·lic col·laborant sense disposició de biguetes intermèdies.
Gairebé cap dels pilars era vertical en tot el seu desenvolupament,0 de manera que la base de l’edifici ocupava menor superfície que les plantes finals.
Partint d’aquesta estructura, es va desenvolupar el projecte de la coberta de l’intercanviador. Les obres de la part sota rasant van finalitzar al 2010.
Un cop finalitzades les obres de l’intercanviador, i ja durant la seva posada en marxa i ús, el projecte de l’edifici residencial va anar patint canvis i modificacions, fins i tot hi va haver un canvi de propietat, fins a esdevenir el projecte d’habitatges finalment executat i acabat l’any 2024.
Cada nou projecte que es va plantejar es va haver d’adaptar de tal manera que fos compatible amb la llosa d’estintolament (coberta de l’intercanviador) ja executada. Així i tot, per poder construir l’edifici final va ser necessari la substitució dels POT’s de tres dels pilars suports de la llosa transfer, ja que se superaven les càrregues de disseny. També va caldre introduir un sistema d’aïllament entre la llosa i els pilars per tal de garantir que les vibracions induïdes pel pas dels trens i metro no afectés la confortabilitat dels futurs usuaris.

BASES DE CÀLCUL DE LA LLOSA TRANSFER

A causa de la disposició dels suports, llums entre ells, nivell de càrregues a suportar en un futur pròxim i a la no coincidència entre pilars inferiors i pilars estintolats de l’edifici, l’única alternativa tècnica viable, optimitzant materials i dimensions, era el plantejament de l’ús de formigó pre-comprimit, més concretament, formigó tesat després del seu formigonat.
El projecte de disseny i càlcul de la coberta es va basar en el tesat en una única fase. Aquest fet va implicar l’estudi dels traçats òptims per tal d’aconseguir l’equilibri entre tensions de servei en fase de buit i en fase final, amb l’edifici executat i en ús. Aquest traçat es va caracteritzar per situar-se molt proper al centre de gravetat de la secció de la llosa; és a dir, generant relativament poques excentricitats. D’aquesta manera va ser necessari incrementar la força de tesat (quantitat de cables introduïts) aconseguint un bon estat de compressió permanent en el formigó, sense arribar a assolir pics exagerats de tensió, tant a la zona de suports com al centre de les diferents obertures (fig. 2).

Figura 2. Alçat i desenvolupament del traçat en una zona tipus

Per tal de garantir el nivell de durabilitat exigible a una estructura d’aquesta tipologia, va ser imprescindible, també, l’estudi exhaustiu del nivell de fissuració de les seccions més crítiques limitant, finalment, la tensió màxima a assolir en qualssevol punt del formigó al valor de f ct,m .
Per acabar, va ser també essencial, per les dimensions de la llosa de coberta i al gran volum de formigó necessari per a la seva execució, l’estudi detallat del comportament reològic, en les dues direccions, i el càlcul de la força induïda durant les fases de contracció que podien arribar a produir el destesat parcial de les seccions. Va ser, també, imprescindible, la consideració, en fase de servei, de la possibilitat d’haver de substituir els recolzaments tipus POT, situats al cap dels suports de la coberta, mitjançant l’elevació parcial de la llosa (totalment carregada) mitjançant gats hidràulics. D’aquesta manera, va caldre modelitzar les forces induïdes a la llosa per poder dur a terme aquesta operació incrementant, moderadament, la quantia d’acer passiu (fig. 3).

Figura 3. Tensions produïdes a la cara superior de la llosa en fase de buit

PROJECTE EXECUTIU DE LA LLOSA TRANSFER

Finalment es va projectar una llosa posttesada massissa de cantell 120 cm y i es van disposar cordons de diàmetre 0,6” agrupats en beines corrugades amb distribucions d’entre 12 i 24 cordons cadascuna. L’intereix entre les beines era variable, però sempre pròxim als 50 cm. El sistema escollit va ser el tesat en una única fase als 28 dies d’edat pel formigó i amb injecció de beurada per les beines, és a dir, tesat adherent. El formigó previst va ser HP-35.
Els tendons es van dimensionar per ser executats en un únic tram i els ancoratges actius es van disposar totalment orientats cap a l’avinguda de Vilanova.
Una vegada analitzada la força induïda a la llosa durant les fases de contracció d’aquesta, deguda a la retracció i als canvis de temperatura als que se veia sotmesa a les seves fases de servei, va ser necessari dissenyar els detalls constructius adients per garantir que la llosa pogués dilatar-se i contraure’s lliurement, en la direcció curta, sense cap tipus de coacció de les pantalles de contenció perimetrals. Això és així, doncs una vegada determinada la magnitud dels esforços, es va comprovar que, en cas de ser coartada, la llosa patiria destesats parcials en les seves seccions.
Aquests detalls van consistir en preveure una unió mitjançant daus i bases de neoprè (fig.4).

Figura 4. Detall d’unió perimetral de la llosa posttesada i el mur pantalla

En l’altra direcció, la transversal als tendons, es va disposar una quantia d’armadura passiva mínima per controlar els efectes de retracció i fluència així com, també, per donar resposta a les tensions de tracció perpendiculars al tesat unidireccional.
Finalment, també va ser necessari dissenyar les unions dels pilars suport de la llosa amb aquesta. En aquest cas, es va optar per unions tipus POT (fig. 5).

Figura 5. Detall de suport de la llosa transfer

EXECUCIÓ DE LA LLOSA TRANSFER

Per reduir els terminis d’execució, al plantejar el procés constructiu, va caldre l’estudi del comportament de la llosa posttesada (a escala tensional, de deformació i de compliment dels diferents estats límit últims) en les mateixes hipòtesis contemplades en el projecte executiu, dividint, però, la fase de buit, en dos: tesat a 14 dies del mínim nombre de tendons necessari per compensar tan sols el pes propi i poder, d’aquesta manera, retirar encofrats i puntals, i tesat total i final a 28 dies amb la consideració de les pèrdues patides en els primers tendons ja tesats per escurçament elàstic del formigó i pels efectes de retracció i fluència en la direcció del tesat.
Així, aquests primers tendons, que suposaven aproximadament el 40% del total, van haver de ser sobretensionats fins arribar al 80% de la càrrega unitària màxima característica en la primera fase de tesat per quedar finalment (fase de servei) el més a prop possible de la tensió prevista originalment. La resta de tendons es va tesar únicament coincidint amb els 28 dies d’edat del formigó i, per tant, al 75% de la càrrega màxima.
Aquestes consideracions van incrementar tan sol de manera puntual i localitzada el nombre de cables en algunes de les agrupacions i van permetre reduir el termini total d’execució en sis setmanes, o el que és el mateix, van permetre reduir els terminis a la meitat del temps total previst inicialment (fig. 6).

Figura 6. Procés d’execució detallat i fotografia d’execució de la llosa

SISTEMA ESTRUCTURAL DE L’EDIFICI D’ÚS RESIDENCIAL

El primer projecte plantejat per l’edifici era un hotel de volumetria molt singular i orgànica (fig. 7).

Figura 7. Planta i secció del prime edifici residencial projectat

Pel que fa a elements portants verticals, l’estructura es va concebre de la següent manera:

• Anell perimetral exterior de pilars metàl·lics circulars continus en tota la seva alçada. Per tal d’obtenir la volumetria orgànica exterior, els perfils es corbaven mitjançant colzes disposats a la unió amb els forjats.
• Anell interior de pilars metàl·lics, també de secció circular, on només es plantejava curvatura dels perfils a les plantes baixa i altell, aconseguint que a les plantes superiors, la major part de la seva alçada, fossin verticals.
• Disposició de tres nuclis verticals de formigó armat (un a cada extrem i un tercer al centre de la planta).

L’estructura horitzontal es va resoldre mitjançant jàsseres metàl·liques amb perfils tipus IPE, HEB i HEBS, amb la limitació de 36 cm de cantell màxim. Sobre elles es disposava directament un forjat col·laborant de cantell 15 cm (6+9).

Com ja s’ha explicat, d’acord amb aquesta estructura, es va calcular, i executar, la llosa transfer de l’intercanviador de l’Arc de Triomf. D’aquesta manera, tots els projectes que es van desenvolupar fins l’edifici d’habitatges finalment construït van haver d’adaptar les seves estructures a un sistema similar, que no alterés l’estat de càrregues previst ni les zones de transferència de càrrega cap a la llosa transfer (fig. 8).

Figura 8. Render del projecte definitiu d’habitatges

El projecte finalment construït corresponia amb una estructura regular, plantejada igualment amb un sistema de pòrtics repetits cada 3 m, formats per quatre línies de pilars metàl·lics, del tipus HEB/HEM o seccions armades especials, units a través de jàsseres metàl·liques, de secció en I. A les zones on estava previst ubicar instal·lacions, com era el cas de la coberta o zones on estava previst un estat de càrregues superior, com era el cas de l’altell, es van preveure jàsseres metàl·liques de més cantell. Pels pilars de planta baixa, vistos des del carrer es van preveure seccions quadrades laminades tancades replenes de formigó autocompactable.

Sobre aquestes jàsseres es va realitzar un forjat col·laborant de cantell 6+9 cm per donar continuïtat al conjunt. Aquests forjats no arriben a l’exterior del perímetre; és a dir, es queden endarrerits del límit dels pilars. D’aquesta manera es permet generar una façana menys rígida i s’aconsegueix l’aspecte requerit pel projecte arquitectònic (fig. 9).

Figura 9. Imatges dels models Revit i Robot de l’estructura de l’edifici

Com a singularitat, a l’altell, planta baixa i SP6 el col·laborant es situava entre les bigues principals per tal de garantir l’alçada lliure d’aquestes tres plantes. En algunes zones exteriors de la resta de plantes, també es va optar per aquesta solució per a encabir els paquets de pendents (fig. 10).

Figura 10. Imatges de construcció de l’estructura metàl·lica

Un altre element singular van ser els balcons. Posteriorment a l’execució de l’edifici, calia executar una estructura metàl·lica per als balcons que permetés una posició variable en la façana, així doncs, l’estructura de l’edifici es va dimensionar per a contemplar diferents opcions. El forjat d’aquests elements es va plantejar lleuger i resolt amb una malla electrosoldada tipus tramex (fig. 11).

Figura 11. Imatge dels voladissos exteriors

Donat que els pilars actuals de l’edifici (que neixen estintolats sobre la llosa transfer de l’intercanviador) no coincideixen amb els previstos en el càlcul de la llosa, va caldre resoldre el nou projecte amb uns requeriments de partida addicionals. Així doncs, no només es va estudiar el comportament global de l’edifici, sinó també, el comportament de la llosa de transició existent que havia de sustentar-lo. D’aquesta manera es van establir els següents requeriments:

• Requeriment pel que fa a càlcul: les zones rígides necessàries en el nou edifici, per tal de controlar les deformacions horitzontals provocades pels efectes del vent, es van haver de plantejar mitjançant un sistema que generés poc impacte en pes i així minimitzés els efectes sobre la llosa ja existent. En aquest sentit, les tres zones rígides requerides per al bon comportament de l’edifici es van concebre mitjançant un sistema de diagonalització amb perfils metàl·lics en creu a la zona central i amb dos nuclis de formigó als extrems.
• Requeriment pel que fa a la unió entre l’edifici nou i llosa existent: el naixement dels nous pilars es va preveure mitjançant una unió articulada sobre d’un sistema d’amortidors de vibracions. L’articulació a la base es va plantejar tant per evitar transmetre esforços addicionals a la llosa de transició ja executada, com per minimitzar la mida dels elements que composen la unió. Aquestes plaques d’ancoratge s’havien de fixar a la llosa de transició existent mitjançant ancoratges perforats, donat que no coincidien amb els elements que es van preveure durant l’execució de la llosa. Així doncs, va caldre revisar el traçat dels cables existents per tal d’adaptar la ubicació dels nous elements, evitant cap interferència.
• Requeriment a escala geomètrica: part de l’estructura del nou edifici es va haver d’adaptar a l’edicle existent que dona accés al vestíbul de la L1 del metro, atès que l’intercanviador d’Arc de Triomf estava en ple funcionament.

Donada la situació de l’edifici sobre les vies dels trens de Rodalies i de metro, es va realitzar un estudi per determinar la propagació de les vibracions per la llosa que li serveix de suport i com aquestes podien afectar a la nova estructura de l’edifici. L’informe realitzat va concloure que els nivells de vibracions no superaven el valor indicat com a normatiu segons el Decret 176/2009 però eren molt propers:

• Valor límit normatiu: 75 dB
• Nivells de vibració presos durant el pas de metro (cas més desfavorable): 63.1 dB
• Estimació dels nivells de vibració a l’interior de l’edifici un cop construït: 72.1 dB

Així mateix, els nivells de vibració estimats a l’interior de l’edifici, comparats amb el criteri de confort definit per la propietat (on es limitava el valor K a 1) eren superiors als màxims.

D’aquesta manera, per tal de reduir els nivells de vibració a l’interior del futur edifici, calia que la seva estructura quedés desvinculada de la llosa, que és la font transmissora de les vibracions.

Era necessari, doncs, desvincular i aïllar l’estructura de l’edifici de la llosa de transició existent. Aquesta solució va comportar la disposició d’un sistema d’amortidors a les arrencades dels pilars, nuclis de formigó i escales pel que fa a la llosa existent.

El sistema d’amortidors previst tenia una freqüència de 4.5 Hz (molles + elastòmers en ancoratges). (fig. 12 i 13)

Figura 12. Esquema del sistema d’amortidors

Figura 13. Imatge del sistema d’amortidors en un del nucli de formigó

SUBSTITUCIÓ DE POT’S

L’evolució durant els anys del projecte de l’edifici estintolat sobre la llosa transfer, malgrat el plantejament de mantenir al màxim els criteris estructurals definits pel càlcul de la llosa, van fer necessària la substitució dels POT’s de tres dels pilars que sustenten la llosa de transferència en veure’s incrementada la càrrega que havien de suportar.

Aquesta substitució es va dur a terme per mitjà de gats hidràulics que van permetre elevar la llosa en el seu contacte amb els pilars de manera que es poguessin retirar els POT’s originals i substituir-los per uns amb major capacitat. Per a fer l’operació, va caldre instal·lar puntals-pilars metàl·lics per transmetre la força dels gats a la fonamentació. Totes les operacions es van monitoritzar per tal de garantir el punt exacte en què es produïa l’elevació de la llosa respecte als suports (fig. 14).

Figura 14. Operació de substitució dels POT’s

AUSCULTACIÓ DE LA LLOSA TRANSFER

Durant tot el procés d’execució de l’edifici es van monitorar els desplaçaments i assentaments, tant de la llosa posttesada com dels seus pilars de suport. També es va auscultar el nivell tensional dels pilars i de la llosa. Tot aquest procés es va dur a terme per anar verificant que l’entrada en càrrega dels elements preexistents fos la prevista al projecte i, també, per garantir que no es produïa descompressió i fissuració a la llosa (fig. 15).

Figura 15. Auscultació de la llosa transfer i els seus pilars de suport

EDIFICI RESIDENCIAL FINALITZAT I EN ÚS

La fi del procés de disseny, que es va iniciar l’any 2007 amb el projecte executiu del primer hotel estintolat sobre la coberta de l’intercanviador de l’Arc de Triomf, fa finalitzar l’any 2024 amb l’entrada dels primers usuaris de l’edifici residencial finalment construït (fig.16).

Figura 16. Imatges finals de l’edifici construït

AGRAÏMENTS

Equip Xavier Claramunt, Hotusa, GPO Ingeniería Isolux Corsán, ABAA Arquitectura, Conren Tramway SEIS, CALAF Constructora, Constructora del Cardoner, VSL, CDM, Metiti Consultling, PLAAAT, COTCA, Bureau Veritas, SCS Culleré Sala, UPC (Equip d’Antoni Marí Bernat) i Direcció General d’Infraestructures i Mobilitat (DGIM) de la Generalitat de Catalunya.