Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

Transcripción

Oscar M. Ramírez, Ph.D.
Profesor de Mecánica Estructural
Facultad de Ingeniería Civil
Universidad Tecnológica de Panamá
Presidente
Ing. O. M. Ramírez y Asociados
Consideraciones del Diseño y Construcción de
Edificios Altos en Panamá
Sao Paulo, Brasil
Abril, 2011
Escola de Engenharia, USP. Instituto de Engenharia
Contenido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Introducción
Sistemas de Cimentaciones
Sistemas de Pisos
Sistemas de Resistencia y Rigidez Lateral
Ensayos de Túnel de Viento y Tecnologías de Atenuación
Sistemas Especiales
Costos de Construcción
1.
Introducción
Colon
Caribbean Sea
David
Santiago
Chitré
Pacific Ocean
Panama
N
Costa del Este
Punta Pacifica
Punta Paitilla
Arcilla Orgánica
Punta
Pacífica
H=6 – 12m
Punta
Paitilla
H=0.00
Arcilla Orgánica
Limos
Roca Met.
Limos
Roca Meteorizada
Costa del Este
26-40m
Ave. Balboa
H= 8 – 26m
Perfil de Suelo en Zona de
Costa
A. Provisiones Locales
Reglamento Estructural Panameño: REP
CEP-76
REP-84, REP-94, REP-04
(Design guidelines not enforced by law)
(Design Provisions enforced by law)
B. Documentos de Referencia/Códigos/Normas
SEAOC, BOCA, NEHRP, ASCE-7/ ACI, AISC / AWS, ASTM
Que es un edificio alto?
H
Gravedad G: D, L
Viento, W
Sismo, E
1. T = f (k ,m) ≥ 1.0 s
2. La respuesta es controlada por condiciones de servicio
Cargas
Cargas de Gravedad
Carga Muerta:
Cargas Vivas:
Acciones adicionales
D
L
Cargas Laterales
Cargas de Viento:
Cargas de Sismo:
W
E
Flujo Plástico
Acortamientos Axiales
Gradientes Térmicos
Cargas de Impacto
Cargas de Construcción
Cargas de Uso u Ocupación
Cargas
uniformes
(kN/m2)
Carga
concentrada
(kN)
Residencial
2,00
1,80
Corredor
4,00
4,50
Habitaciones del hotel
2,00
1,80
Zonas de reunión públicas
5,00
3,60
Salas de equipos
7,50
4,50
Estacionamientos – coches y camionetas
ligeras
2,50
9,00
Casino
5,00
3,60
Tiendas
4,00
3,60
Jardín de la terraza
5,00
3,60
Restaurante
5,00
3,60
A confirmar
A confirmar
Cuartos de baño
5,00
3,50
Carga viva de la construcción
1,50
-
Cargas vivas:
Plataforma de despegue y aterrizaje de
helicópteros
Cargas de Viento
REP-04
V : 140 km/hr
Colon
Caribbean Sea
Panama
David
REP-04
Santiago
Velocidad Básica
3-s Ráfaga
50-yr retorno
Pacific Ocean
V : 115 km/hr
Chitré
Cargas de Viento
Presión negativa o succión
Presión positiva o
empuje
Dirección del Viento
2
q
KV
p
CeCq qI
1. Desplazamientos
2. Aceleraciones
3. Velocidad Torsional
Cargas de Viento
Métodos de Análisis
1.
Método Estático: Supone que el edificio es rígido y empotrado en su base
2.
Método Analítico Detallado: Método Dinámico Analítico - Aproximado
3.
Método de Ensayos de Túnel de Viento: Método Experimental
Carga Sísmica
Panama
Carga Sísmica
Sa
CS
W
2.5Ca
R
CV
FV AV
C A FA AA
REP-2004
Sa
CS
W
1.2Cv
R.T
2
3
Ciudad de Panama
Ciudad de David
Aa=Av=0.27 REP-04
Aa=Av=0.15
10% en 50 Años
Tr: 475 años
Oscar M. Ramírez, Ph.D.
Carga Sísmica
Coeficientes de aceleración
Coeficientes de aceleración
Aa
Av
0.12
0.12
Jaqué
0.22
0.22
La Palma
0.21
0.21
Las Tablas
0.17
0.17
Panamá
0.15
0.15
0.18
Penonomé
0.11
0.11
0.15
0.15
Portobelo
0.17
0.17
Chorrera
0.13
0.13
Colón
0.15
0.15
Puerto Armuelles
0.25
0.25
Concepción
0.22
0.22
Puerto Obaldía
0.21
0.21
Coronado
0.12
0.12
David
0.21
0.21
Santiago
0.15
0.15
El Real
0.22
0.22
Soná
0.17
0.17
Tonosí
0.20
0.20
Ciudad
Aa
Av
Aguadulce
0.14
0.14
Aligandí
0.19
0.19
Almirante
0.21
0.21
Bocas del Toro
0.21
0.21
Boquete
0.18
0.18
Changuinola
0.24
0.24
Chepo
0.20
0.20
Chiriquí Grande
0.18
Chitré
Ciudad
El Valle
Carga Sísmica
• Cross-Hole
•
Caracterización del Sitio
Down-Hole
• Suelos Tipo
g
A, B, C, D, E, F
G1 ,
G2 ,
,
,
d1
vs i
G
d2
n
di
vs
G2 ,
,
d3
i 1
n
i
di
1 vsi
n
di
i 1
30 m
Carga Sísmica
ESPECTROS REP-04
(influencia del suelo)
Cs.R
1,40
1,20
Suelo Tipo E
1,00
Suelo Tipo D
0,80
Suelo Tipo C
0,60
Suelo Tipo B
0,40
0,20
0,00
0
0,5
1
1,5
PERIODO T, seg
2
2,5
3
Carga Sísmica
1500
1000
n
500
Marcos de Momento
Muros Portantes
Muros de Corte
Sistemas Duales
0
-250
-200
-150
-100
-50
0
-500
50
100
150
200
EH
Ehi
-1000
i 1
-1500
-2000
Ductilidad Según
ACI-318
Sistema
Lateral
“R” – Factor de Modificación de Respuesta
Ductilidad
Rotación
Carga Sísmica
Métodos de Análisis Sísmico
FLE:
Método de Fuerza Lateral Equivalente
AME:
Método de Análisis Modal Espectral
LTHA: Análisis Lineal de Historia del Tiempo
NTHA: Análisis No-Lineal de Historia del Tiempo
ETABS
SAFE
ADAPT
PCA-COLUMN
L-PILE
SAP-2000
2.
Sistemas de Cimentaciones
Sistema de
Cimentaciones
G
W, E
Transferencia
de grandes cargas
a estrato de
desplante
G
W, E
NSN
Roca
Roca
Sistema de Cimentaciones
Columna/Muro de Corte
Sub-base
Viga de Amarre
Cabezal
Pilote
“Socket”
Roca Sana
P
pc
pc
Prueba de Carga de
Pilote: Celda de
Osterberg
CELDA
G
NSN
N000
Roca
W, E
Transferencia
de grandes cargas
a suelo de
desplante
suelo
roca
3.
Sistemas y Elementos de Pisos
Sistemas de Pisos
Sistemas de Losas Bi-direccionales
Sistemas de Pisos
Espesores Aproximados- criterio de deflexiones
Tipo de Elemento
Espesor
Losas 1D
L/48
Losas 2D
L/45
Losas 2D + Capiteles (L/6)
L/50
Losas 2D + Viga 2D
L/55
Losas “waffle” (5x5)
L/35
Vigas Profundas, b = h/3
L/20
Vigas Chatas,
b = 3h
L/30
Revisar criterios de espesores y recubrimientos para protección al fuego
Sistemas de Pisos
L = 0.05 L1
L = 0.05 L1
f
L1
q2
9q1
q1
8Pf1
L12
q2
9q1
Sistemas de Pisos
Sistemas de Pisos
f c´
f pu
t
4000 psi
270000 psi
L
40 48
Sistemas de Pisos
• Tendones adheridos
7 alambres de baja relajamiento
Fpu: 18900 Kg/cm²
• Refuerzo para atender solicitación
de cargas de gravedad y fracción
de cargas laterales
• fć: 281-350 kg/cm²
• t = 20-23 cms
Sistemas de Pisos
Transferencia de momentos por carga lateral
Flexión no uniforme de junta
losa-columna bajo carga lateral
Sistemas de Pisos
AC. REFUERZO
EN LOSA - VER
PLANTA
AC. REFUERZO
EN COLUMNA
VER PLANTA
EST. #3
@ 0.10
COLUMNA
EST. #3
@ 0.10
vu
Vu
Ac
vn
vc
v
p
p
vc
f c´
Mu
Jc
c
CD
vs
0.17
0.3 f pc
vp
f c´
ACI 318 05 (11.41)
ACI 318 05 (11.36)
4.
Sistemas y Elementos de
Resistencia y Rigidez Lateral
Amador Terrace
Mar Abierto
20 stories
32 stories
H2O
34 stories
Aquamare
56 stories
Aqualina
64 stories
Ocean Q
75 pisos
256 m
Los Faros
87 pisos
350 m
Arts
83 pisos
300 m
Waters
75 pisos
275 m
TORRE FINANCIERA
•
Altura: 450 m
•
Estructura de Concreto Reforzado
•
Sistema Lateral
Muros de Corte + Outriggers
•
Sistema de Gravedad
Columnas y Muros Portantes
Losas P/T
•
Sistema de Cimentacion
Losa “mat”
Sistema de Gravedad
 LOSAS POSTENSADAS
 COLUMNAS
Sistema Lateral
 MUROS CORTANTE
 OUTRIGGERS
Cimentación
 LOSA DE CIMENTACION
SOBRE ROCA
Palacio de la Bahia
94 pisos
Sistema Lateral
Sistema Lateral
outrigger
outrigger
outrigger
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
VIENTO
ASCE-7-95
Clasificación del sitio :
Categoría de Exposición:
Factor de Importancia:
Categoría III
Tipo D
1.15
Derivas:
H/360 – H/400
Sistema Lateral
SISMO
ASCE-7-95
Clasificación del Edificio :
Categoría de Desempeño
Clasificación del Sitio:
Factor de Modificación de Respuesta, R
III
C
Tipo C
5.5
Control de Derivas:
0.015h
Sistema Lateral




AREA CONSTRUIDA:
VOLUMEN DE CONCRETO:
ACERO DE REFUERZO
CABLE DE TENSIONAMIENTO:
265.000 m2
130.000 m3
19.500 ton
5.000.000 pies
Sistema Lateral
Planta Baja
N 000
Sótano
N -100
Suelo Residual
Suelo Tipo “D”
Roca Sana
qa = 300 t/m²
C= 32.5 t/m²
6-20 m
Sistema Lateral
Arco
Muros de Corte Centrales
Mástil
Arco
Atri
o
Hotel
Condos
“Muros de Corte Acoplados"
“Muro de Corte + Outrigger"
Sistema Lateral
Sistema Lateral
TRUMP
OCEAN CLUB
Podium + Pilas
Sistema Lateral
TRUMP
OCEAN CLUB
Muros de Corte Acoplados
Núcleo de Elevadores
Sistema Lateral
TRUMP
OCEAN CLUB
Mastil en Extremo Sureste
Sistema Lateral
TRUMP
OCEAN CLUB
Costillas Curvas de Amarre de Núcleo a
Mastil
Sistema Lateral
TRUMP
OCEAN CLUB
“Outriggers” en Tres Alturas
Sistema Lateral
TRUMP
OCEAN CLUB
Losas de Piso
postensadas
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
W
ex
T
ey
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Outrigger
Sistema Lateral
Nivel 3600
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Elemento de Borde
Alma del Muro
Viga de Acople
MURO DE CORTANTE
Sistema Lateral
Sistema Lateral
T
C
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
H=340 m
H=286 m
H= 254 m
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
Cimentación
Losa de Cimentación – “Mat”
Zapatas
Muros de Reten – Tipo Pantalla
Sistema de Gravedad
Placas Postensadas de Piso
Columnas de Concreto Reforzado
Muros de Carga
Sistema Lateral
Muros de Corte Acoplados
Amortiguamiento pasivo
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
Pisos
Columnas
fć: 420 – 630 kg/cm²
51-arriba
Espesor de Muros
(mm)
300
Muros
fć: 350 – 560 kg/cm²
33-50
450
Vigas y Losas
fć: 281 – 350 kg/cm²
14-32
600
Losas Sobre Suelo
fć: 210 kg/cm²
7-13
750
2-6
750
0-1
1000
-1 -2
1250
Concretos
Losas de Cimentación
Concreto de Trabajo
fć: 281 – 350 kg/cm²
fć: 105 kg/cm²
Sistema Lateral
VARIA
Y-8
As
Av, a/c Ld
As
Av, a/c
VARIA
VARIA
Ld
Avh, a/c
As
Ld
L
Y-8
As
ln
Avh, a/c
Ld
As
Av, a/c
VARIA
VARIA
Y-9
Elementos de Borde
VARIA
As
d
Ld
Av, a/c
h, a/c
Av
Ld
h, a/c
Y-9 ln Av
Ld
Vigas de Acople
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Sistema Lateral
Mji
ij
Mij
Acortamiento Axial Diferencial
1. Acortamiento de columnas
2. Asentamiento de cimentación
Acortamiento Elástico – Inmediato
Flujo Plástico
Compensación por Carga Incremental de
Construcción?
Objetivo del diseño
z
= Constante
Sistema Lateral
Sistema Lateral
Los Faros de Panama
5.
Ensayos de Túnel de Viento y
Nuevas Tecnologías
Ensayos Túnel de Viento
magnitud y distribución de presiones, direccionalidad, aceleraciones,
velocidades torsionales, desplazamientos, amortiguamiento, optimización
REP-04
V = 115 km/hr
V = 140 km/hr
Estudios Climatológicos
Estaciones en Aeropuertos
de Albrook, y Tocúmen
Elevation
Floor Plan
Fz+
Fy+
90 deg
East
0 deg
North
Fx+
Mz+
180 deg
South
Top
Of
Podium
43691 – Los Faros de Panama – Tower 3
Axis System Definition
270 deg
West
Fx+
Drawing N.:
43691AS008
Status:
Preliminary
Estudios de Direccionalidad del Viento
Prepared by: L Aurelius
Date: 31st July 2006
Aqualina
Canadá:
USA:
UK:
Waters
Davenport, University fo West Ontario
RWDI, West Ontario.
RWDI, Miami.
Forth Lincon, Denver.
BMT, London.
The Trump Ocean Club. Panama.
RWDI – West Ontario
(2.4)
(0.47)
(3.84)
(4.4)
The Trump Ocean Club. Panama.
RWDI – West Ontario
(0.79)
Modelo a Escala 1:450
Prueba de Túnel de Viento
BMT - London
Los Faros de Panama
Panama
Y direction deflection at 301m - Los Faros de Panama
Code wind load, deflection from GSA model
2000
1800
Peak Deflection (mm)
R = 50 year
Desplazamiento
1600
1400
1200
1000
β = 1%
β = 2%
β = 5%
β = 8%
β = 10%
H/360
H/300
800
600
400
200
0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
Period Y-axis (s)
Periodo Fundamental
12.0
13.0
Amortiguamiento
Nuevas Tecnologías
Nuevas Tecnologías
Amortiguadores Viscosos
Fd
c.
x
Si
. signo x
1.0
; lineal
1.0 ; no lineal
Nuevas Tecnologías
kd,cd
m
k,c
M
Original
Modified
25%
Reducción del Momento
En la Base
Nuevas Tecnologías
Pinnacle
Damper
Main
Tower
Damper
Nuevas Tecnologías
TMD Park Hyatt, Chicago
Nuevas Tecnologías
College Park III, in Toronto
Nuevas Tecnologías
Bloomberg Tower, New York
Diseño y Construcción
Diseño dede
Edificios
Edificios
Altos
Altos en Panama
6.
Sistemas Especiales
Sistema Pararrayos

Captación
• Puntas captadoras simples

Conductores
• Generalmente en almas de las
columnas (según NFPA)
• 2 conductores adicionales por torre
en bajantes
• Acceso a conductores en todas las
plantas técnicas
Fachadas - Sistema Modular
Sistema automático de recolección de basuras
Sistema de protección contra incendios
ESTUDIO DE SIMULACIÓN DE
EVACUACIÓN
Tiempo aproximado de
evacuación 45 minutos
Energía Solar
Planta de tratamiento de aguas servidas
7.
Costos de Construcción



Materiales - Concreto
Portland Cemento Tipo I:
Portland Cemento Tipo II:
´
fc
281
Superestructura
Estructuras Soterradas
840 kg / cm ² (4000 12000 psi)
kg
2400 3
m
Ec
253,000
kg
438,000
2
cm

Acero de Refuerzo



#3 bar o menor:
Fy = 40 ksi
Grade 40


#4 bar o mayor:

Modulo de Elasticidad = 56400(fć)0.5

Barras ASTM A615 - A706


Fy = 60 ksi
Grade 60
Tendones no Adheridos, de ½” – 7 alambres, Baja
Relajación
fpu= 270 ksi
Costos
COSTO vs ALTURA
300
Cost /Area, USD $/m²
250
Total
200
150
100
slab
Lateral Framing System
50
Columns
0
0
10
20
30
40
50
60
No. de Pisos
70
80
90
100
Gracias !!!

Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

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