LOSA TRANSFER Y ESTRUCTURA DE UN EDIFICIO RESIDENCIAL DE 9 PLANTAS SOBRE LOS VESTÍBULOS DEL INTERCAMBIADOR DE TMB Y RENFE DE LA ESTACIÓN ARC DE TRIOMF DE BARCELONA

DAVID GARCIA CARRERA
Dr. Arquitecto. CEO de BIS

MARINA VILÀ PAU
Arquitecta Técnica. STR Technical Director de BIS

LAIA PICARÍN MACIAS
Arquitecta. Senior Associate Structural Engineer de BIS

NUNO GOMES
Ingeniero Civil. Assistant STR Technical Director de BIS

La gran singularidad de los proyectos realizados radicaba en el hecho de tener que sustentar un edificio de uso residencial de nueve plantas sobre una losa de transición postensada, techo del nuevo intercambiador de TMB y RENFE en la Estación del Arc de Triomf. Desde el planteamiento inicial era necesario conseguir el tensado de la losa en una única fase debido a la imposibilidad de poder esperar a disponer de parte de la carga permanente del edificio superior al tratarse de propiedades diferentes y con plazos de ejecución muy dilatados en el tiempo. Una vez ejecutada la losa, el proyecto del edificio sufrió numerosas modificaciones y cambió de propietarios; cada nuevo proyecto tenía que adaptarse, en su concepción y disposición estructural, a la capacidad de la losa transfer ya construida. Es necesario destacar que la base de los pilares del edificio residencial tuvo que aislarse por el nivel de vibraciones con un sistema mixto de muelles y elastómeros y que durante su construcción fue necesario sustituir algunos de los POT’s de apoyo de la losa (situados sobre sus soportes).

PALABRAS CLAVE: Losa postensada, losa transfer, adherente, apuntalamiento, trazado, fisuración, comportamiento reológico, estructura metálica, sistema de amortiguadores, muelles, elastómeros, frecuencia, soporte, auscultación.

INTRODUCCIÓN

El conjunto del intercambiador de TMB y RENFE está constituido por un vestíbulo y una cubierta, que es la que sustenta el edificio residencial que se debía construir posteriormente, sin ninguna correlación entre los pilares de soporte de la misma y los del edificio.
Los dos proyectos que se desarrollan a continuación se redactaron en diferentes períodos de tiempo, iniciándose el primero de ellos, el del edificio residencial, en el año 2007 y finalizándose las obras y la construcción final en 2024.
La cubierta del intercambiador tiene forma principalmente rectangular y ocupa toda la superficie del solar; se apoya en sus lados más largos sobre un sistema perimetral de pantallas de contención y en la parte central sobre dos líneas de pilares. Las máximas dimensiones adquiridas en planta son, aproximadamente, 75 m x 40 m. El canto de la losa estaba fijado en 120 cm.

Una vez terminado el intercambiador, la previsión de uso de la cubierta era generar un espacio público, en forma de plaza, para la ciudad. No obstante, el proyecto se caracterizaba por la singularidad de la futura construcción de un edificio que quedaría apeado sobre ella.
De esta manera, en la fase de ejecución final de la losa de cubierta del intercambiador, era imprescindible dotarla de la capacidad estructural suficiente para trabajar a la vez como plaza y, en un futuro, permitir la ejecución y el uso del edificio proyectado sobre esta (Fig. 1).

Figura 1. Sección

El primer proyecto redactado (hotel) tenía unas características muy peculiares, con una forma orgánica singular que implicaba un planteamiento estructural basado en dos anillos de pilares (uno exterior y otro interior), situados en interejes inferiores a los 3 m, que sustentaban un sistema de vigas metálicas sobre las cuales se disponían forjados unidireccionales resueltos con sistema metálico colaborante sin disposición de viguetas intermedias.

Casi ninguno de los pilares era vertical en todo su desarrollo, de manera que la base del edificio ocupaba menor superficie que las plantas finales.
Partiendo de esta estructura, se desarrolló el proyecto de la cubierta del intercambiador. Las obras de la parte bajo rasante finalizaron en 2010.
Una vez finalizadas las obras del intercambiador, y ya durante su puesta en marcha y uso, el proyecto del edificio residencial fue sufriendo cambios y modificaciones, incluso hubo un cambio de propiedad, hasta convertirse en el proyecto de viviendas finalmente ejecutado y terminado en el año 2024.
Cada nuevo proyecto que se planteó tuvo que adaptarse de tal manera que fuera compatible con la losa de apeo (cubierta del intercambiador) ya ejecutada. Aun así, para poder construir el edificio final fue necesaria la sustitución de los POT’s de tres de los pilares soportes de la losa transfer, ya que se superaban las cargas de diseño. También fue necesario introducir un sistema de aislamiento entre la losa y los pilares para garantizar que las vibraciones inducidas por el paso de los trenes y metro no afectaran la confortabilidad de los futuros usuarios.

BASES DE CÁLCULO DE LA LOSA TRANSFER

Debido a la disposición de los soportes, luces entre ellos, nivel de cargas a soportar en un futuro próximo y a la no coincidencia entre pilares inferiores y pilares apeados del edificio, la única alternativa técnica viable, optimizando materiales y dimensiones, era el planteamiento del uso de hormigón precomprimido, más concretamente, hormigón tensado después del su hormigonado.
El proyecto de diseño y cálculo de la cubierta se basó en el tensado en una única fase. Este hecho implicó el estudio de los trazados óptimos para lograr el equilibrio entre tensiones de servicio en fase de vacío y en fase final, con el edificio ejecutado y en uso. Este trazado se caracterizó por situarse muy cerca del centro de gravedad de la sección de la losa; es decir, generando relativamente pocas excentricidades. De esta manera, fue necesario incrementar la fuerza de tensado (cantidad de cables introducidos) logrando un buen estado de compresión permanente en el hormigón, sin llegar a alcanzar picos exagerados de tensión, tanto en la zona de soportes como en el centro de las diferentes oberturas (fig. 2).

Figura 2. Alzado y desarrollo del trazado en una zona tipo

Para garantizar el nivel de durabilidad exigible a una estructura de este tipo, fue imprescindible, también, el estudio exhaustivo del nivel de fisuración de las secciones más críticas limitando, finalmente, la tensión máxima a alcanzar en cualquier punto del hormigón al valor de fct,m.

Para finalizar, fue también esencial, por las dimensiones de la losa de cubierta y el gran volumen de hormigón necesario para su ejecución, el estudio detallado del comportamiento reológico, en ambas direcciones, y el cálculo de la fuerza inducida durante las fases de contracción que podrían llegar a producir el destensado parcial de las secciones. También fue imprescindible, la consideración, en fase de servicio, de la posibilidad de tener que sustituir los apoyos tipo POT, situados en la cabeza de los soportes de la cubierta, mediante la elevación parcial de la losa (totalmente cargada) mediante gatos hidráulicos. De esta manera, fue necesario modelizar las fuerzas inducidas en la losa para poder llevar a cabo esta operación incrementando, moderadamente, la cantidad de acero pasivo (fig. 3).

Figura 3. Tensiones producidas en la cara superior de la losa en fase de vacio

PROYECTO EJECUTIVO DE LA LOSA TRANSFER

Finalmente se proyectó una losa postensada maciza de canto 120 cm y se dispusieron cordones de diámetro 0,6″ agrupados en vainas corrugadas con distribuciones de entre 12 y 24 cordones cada una. El intereje entre las vainas era variable, pero siempre próximo a los 50 cm. El sistema elegido fue el tensado en una única fase a los 28 días de edad del hormigón y con inyección de lechada por las vainas, es decir, tensado adherente. El hormigón previsto fue HP-35.
Los tendones se dimensionaron para ser ejecutados en un único tramo y los anclajes activos se dispusieron totalmente orientados hacia la avenida de Vilanova.
Una vez analizada la fuerza inducida en la losa durante las fases de contracción de esta, debido a la retracción y a los cambios de temperatura a los que se veía sometida en sus fases de servicio, fue necesario diseñar los detalles constructivos adecuados para garantizar que la losa pudiera dilatarse y contraerse libremente, en la dirección corta, sin ningún tipo de coacción de las pantallas de contención perimetrales. Esto es así, ya que una vez determinada la magnitud de los esfuerzos, se comprobó que, en caso de ser coartada, la losa sufriría destensados parciales en sus secciones.
Estos detalles consistieron en prever una unión mediante dados y bases de neopreno (fig.4).

Figura 4. Detalle de unión perimetral de la losa postensada y el muro pantalla

En la otra dirección, la transversal a los tendones, se dispuso una cuantía de armadura pasiva mínima para controlar los efectos de retracción y fluencia así como, también, para dar respuesta a las tensiones de tracción perpendiculares al tensado unidireccional.
Finalmente, también fue necesario diseñar las uniones de los pilares soporte de la losa con esta. En este caso, se optó por uniones tipo POT (fig. 5).

Figura 5. Detalle de soporte de la losa transfer

EJECUCIÓN DE LA LOSA TRANSFER

Para reducir los plazos de ejecución, al plantear el proceso constructivo, fue necesario el estudio del comportamiento de la losa postensada (a escala tensional, de deformación y de cumplimiento de los diferentes estados límite últimos) en las mismas hipótesis contempladas en el proyecto ejecutivo, dividiendo, sin embargo, la fase de vacío en dos: tensado a 14 días del mínimo número de tensores necesarios para compensar solo el peso propio y poder, de esta manera, retirar encofrados y puntales, y tensado total y final a 28 días con la consideración de las pérdidas sufridas en los primeros tensores ya tensados por acortamiento elástico del hormigón y por los efectos de retracción y fluencia en la dirección del tensado.
Así, estos primeros tensores, que suponían aproximadamente el 40% del total, tuvieron que ser sobrentensionados hasta llegar al 80% de la carga unitaria máxima característica en la primera fase de tensado para quedar finalmente (fase de servicio) lo más cerca posible de la tensión prevista originalmente. El resto de tendones se tensó únicamente coincidiendo con los 28 días de edad del hormigón y, por lo tanto, al 75% de la carga máxima.
Estas consideraciones incrementaron solo de manera puntual y localizada el número de cables en algunas de las agrupaciones y permitieron reducir el plazo total de ejecución en seis semanas, o lo que es lo mismo, permitieron reducir los plazos a la mitad del tiempo total previsto inicialmente (fig. 6).

Figura 6. Proceso de ejecución detallado y fotografía de ejecución de la losa

SISTEMA ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO DE USO  RESIDENCIAL

El primer proyecto planteado por el edificio era un hotel de volumetría muy singular y orgánica (fig. 7).

Figura 7. Plantar y sección del prime edificio residencial proyectado

En cuanto a elementos portantes verticales, la estructura se concibió de la siguiente forma:

• Anillo perimetral exterior de pilares metálicos circulares continuos en toda su altura. Con el fin de obtener la volumetría orgánica exterior, los perfiles se curvaban mediante codos dispuestos en la unión con los forjados.
• Anillo interior de pilares metálicos, también de sección circular, donde sólo se planteaba curvatura de los perfiles en las plantas baja y altillo, consiguiendo que en las plantas superiores, la mayor parte de su altura, fueran verticales.
• Disposición de tres núcleos verticales de hormigón armado (uno en cada extremo y un tercero en el centro de la planta).

La estructura horizontal se resolvió mediante jácenas metálicas con perfiles tipo IPE, HEB y HEBS, con la limitación de 36 cm de borde máximo. Sobre ellas se disponía directamente un forjado colaborante de canto 15 cm (6+9).

Como ya se ha explicado, de acuerdo con esta estructura, se calculó, y ejecutó, la losa transfer del intercambiador del Arc de Triomf. De esta forma, todos los proyectos que se desarrollaron hasta el edificio de viviendas finalmente construido tuvieron que adaptar sus estructuras a un sistema similar, que no alterara el estado de cargas previsto ni las zonas de transferencia de carga hacia la losa transfer (fig. 8).

Figura 8. Render del proyecto definitivo de viviendas

El proyecto finalmente construido correspondía con una estructura regular, planteada igualmente con un sistema de pórticos repetidos cada 3 m, formados por cuatro líneas de pilares metálicos, del tipo HEB/HEM o secciones armadas especiales, unidos a través de jácenas metálicas, de sección en I. En las zonas donde estaba previsto ubicar instalaciones como superior, como era el caso del altillo, se previeron jácenas metálicas de mayor canto. Por los pilares de planta baja, vistos desde la calle, se previeron secciones cuadradas laminadas cerradas rellenas de hormigón autocompactable.

Sobre estas jácenas se realizó un forjado colaborante de canto 6+9 cm para dar continuidad al conjunto. Estos forjados no llegan al exterior del perímetro; es decir, se quedan atrasados del límite de los pilares. De esta forma se permite generar una fachada menos rígida y se consigue el aspecto requerido por el proyecto arquitectónico (fig. 9).

Figura 9. Imágenes de los modelos Revit y Robot de la estructura del edificio

Como singularidad, en el altillo, planta baja y SP6 el colaborante se situaba entre las vigas principales para garantizar la altura libre de estas tres plantas. En algunas zonas exteriores del resto de plantas, también se optó por esta solución para albergar los paquetes de pendientes (fig. 10).

Figura 10. Imágenes de construcción de la estructura metálica

Otro elemento singular fueron los balcones. Posteriormente a la ejecución del edificio, era necesario ejecutar una estructura metálica para los balcones que permitiera una posición variable en la fachada, así pues, la estructura del edificio se dimensionó para contemplar diferentes opciones. El forjado de estos elementos se planteó ligero y resuelto con una malla electrosoldada tipo tramex (fig. 11).

Figura 11. Imagen de los voladizos exteriores

Dado que los pilares actuales del edificio (que nacen apeados sobre la losa transfer del intercambiador) no coinciden con los previstos en el cálculo de la losa, hubo que resolver el nuevo proyecto con unos requerimientos de partida adicionales. Así pues, no sólo se estudió el comportamiento global del edificio, sino también el comportamiento de la losa de transición existente que debía sustentarlo. De esta forma se establecieron los siguientes requerimientos:

• Requerimiento en cuanto a cálculo: las zonas rígidas necesarias en el nuevo edificio, a fin de controlar las deformaciones horizontales provocadas por los efectos del viento, tuvieron que plantearse mediante un sistema que generara poco impacto en peso y así minimizara los efectos sobre la losa ya existente. En este sentido, las tres zonas rígidas requeridas para el buen comportamiento del edificio se concibieron mediante un sistema de diagonalización con perfiles metálicos en cruz en la zona central y dos núcleos de hormigón en los extremos.
• Requerimiento en cuanto a la unión entre el edificio nuevo y losa existente: el nacimiento de los nuevos pilares se previó mediante una unión articulada sobre un sistema de amortiguadores de vibraciones. La articulación en la base se planteó tanto para evitar transmitir esfuerzos adicionales a la losa de transición ya ejecutada, como para minimizar el tamaño de los elementos que componen la unión.
  
  Estas placas de anclaje debían fijarse en la losa de transición existente mediante anclajes perforados, dado que no coincidían con los elementos que se previeron durante la ejecución de la losa. Así pues, hubo que revisar el trazado de los cables existentes para adaptar la ubicación de los nuevos elementos, evitando interferencias.
  
• Requerimiento a escala geométrica: parte de la estructura del nuevo edificio tuvo que adaptarse al edículo existente que da acceso al vestíbulo de la L1 del metro, dado que el intercambiador de Arc de Triomf estaba en pleno funcionamiento.

Dada la situación del edificio sobre las vías de los trenes de Cercanías y de metro, se realizó un estudio para determinar la propagación de las vibraciones por la losa que le sirve de soporte y cómo éstas podían afectar a la nueva estructura del edificio. El informe realizado concluyó que los niveles de vibraciones no superaban el valor indicado como normativo según el Decreto 176/2009 pero estaban muy cercanos:

• Valor límite normativo: 75 dB
• Niveles de vibración tomados durante el paso de metro (caso más desfavorable): 63.1 dB
• Estimación de los niveles de vibración en el interior del edificio una vez construido: 72.1 dB

Asimismo, los niveles de vibración estimados en el interior del edificio comparados con el criterio de confort definido por la propiedad (donde se limitaba el valor K a 1) eran superiores a los máximos.

De esta forma, para reducir los niveles de vibración en el interior del futuro edificio, era necesario que su estructura quedara desvinculada de la losa, que es la fuente transmisora de las vibraciones.

Era necesario, pues, desvincular y aislar la estructura del edificio de la losa de transición existente. Esta solución conllevó la disposición de un sistema de amortiguadores en los arranques de los pilares, núcleos de hormigón y escaleras en cuanto a la losa existente.

El sistema de amortiguadores previsto tenía una frecuencia de 4.5 Hz (muelles + elastómeros en anclajes). (fig. 12 y 13)

Figura 12. Esquema del sistema de amortiguadores

Figura 13. Imagen del sistema de amortiguadores  en uno de los núcleos de hormigón

SUBSTITUCIÓN DE POT’S

La evolución durante los años del proyecto del edificio apeado sobre la losa transfer, a pesar del planteamiento de mantener al máximo los criterios estructurales definidos por el cálculo de la losa, hicieron necesaria la sustitución de los POT’s de tres de los pilares que sustentan la losa de transferencia al verse incrementada la carga que debían soportar.

Esta sustitución se llevó a cabo mediante gatos hidráulicos que permitieron elevar la losa en su contacto con los pilares de forma que se pudieran retirar los POT originales y sustituirlos por unos con mayor capacidad. Para realizar la operación, hubo que instalar puntales-pilares metálicos para transmitir la fuerza de los gatos a la cimentación. Todas las operaciones se monitorizaron para garantizar el punto exacto en el que se producía la elevación de la losa respecto a los soportes (fig. 14).

Figura 14. Operación de substitución de los POT’s

AUSCULTACIÓN DE LA LOSA TRANSFER

Durante todo el proceso de ejecución del edificio se monitorizaron los desplazamientos y asentamientos, tanto de la losa postensada como de sus pilares de soporte. También se auscultó el nivel tensional de los pilares y la losa. Todo este proceso se llevó a cabo para ir verificando que la entrada en carga de los elementos preexistentes fuera la prevista en el proyecto y, también, para garantizar que no se producía descompresión y fisuración en la losa (fig. 15).

Figura 15. Auscultació de la losa transfer y sus pilares de soporte

EDIFICIO RESIDENCIAL FINALIZADO Y EN USO

El fin del proceso de diseño, que se inició en el año 2007 con el proyecto ejecutivo del primer hotel apeado sobre la cubierta del intercambiador del Arc de Triomf, finaliza el año 2024 con la entrada de los primeros usuarios del edificio residencial finalmente construido (fig.16).

Figura 16. Imágenes finales del edificio construido

AGRADECIMIENTOS

Equipo 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 (Equipo de Antoni Marí Bernat) y Dirección General de Infraestructures i Mobilitat (DGIM) de la Generalitat de Catalunya.