Al Bahar Towers 1q4u28

AL BAHAR TOWERS - OFICINA DEL CONSEJO Gobierno de Abu Dhabi Becerra Silva Diana Milena Arquitecto - Estudiante de Maestría en Construcción, Universidad Nacional de Colombia

González Henry Arquitecto - Estudiante de Maestría en Construcción, Universidad Nacional de Colombia

Reyes Diego Armando Ingeniero Aeronáutico - Estudiante de Maestría en Construcción, Universidad Nacional de Colombia

Rodríguez Muñoz Mauricio Arquitecto - Estudiante de Maestría en Construcción, Universidad Nacional de Colombia

Velasco Leguizamón Edgar Fernando Arquitecto - Estudiante de Maestría en Construcción, Universidad Nacional de Colombia

RESUMEN: En este documento se analizara el funcionamiento de Al Bahar Towers ubicadas en los Emiratos Árabes Unidos, se determinara un estudio de la estructura de las torres, su comportamiento ante movimientos sísmicos y las fuerzas del viento, para así obtener como resultado varias cifras y graficas que afirmaran el diseño de las torres. Se partirá de la premisa que las torres de 27 pisos cada una fueron construidas con un sistema de tubo en tubo, con un núcleo central y unos niveles rigidiza dores que permiten que las torres funcionen. Aunque no son torres muy altas, su sistema es complejo debido a que posee una doble fachada en elementos metálicos llamados mashrabiyas, lo que le da un peso adicional a la estructura. ABSTRACT: This paper will analyze the performance of Al Bahar Towers located in the United Arab Emirates, the determination of a study of the structure of the towers, their behavior under seismic and wind forces, in order to obtain as a result various figures and graphs that affirm the design of the towers. They start from the premise that the towers of 27 stories each were built with tube-in-tube system, with a central core and stiffens ers levels that allow towers work. Although not very tall towers, the system is complex because it has a double façade mashrabiyas called metallic elements, which gives additional weight to the structure.

Maestría en Construcción – 2do semestre de 2013

2 1 INTRODUCCION 1.1 Localización, zona de amenaza sismica

Al Bahar Towers está localizada en Abu Dhabi capital de los Emiratos Árabes Unidos, situado en la costa del golfo Pérsico. Se encuentra en una isla situada a menos de 250 metros de la costa y está unido al continente por los puentes de Maqta y Mussafah. La falla geológica más cercana a la ciudad de Abu Dhabi corresponde al límite entre la placa Euroasiática y la Indica, se encuentra al borde de la cordillera de la India cruzando el océano indico, por tanto. Por tanto es una ciudad libre de huracanes y es zona sísmica baja.

Abudhabi dDUBAI

Figura 1: ubicación de fallas geológicas en Arabia http://jfblueplanet.blogspot.com/2011/08/asia-fallas-geologicas.html

1.2 Localización, influencia de los vientos

Becerra, Reyes, Rodríguez, Velasco &

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2 PARAMETROS DE ANALISIS ESTRUCTURAL 2.1 Componentes estructurales Al Bahar Towers está compuesto por dos torres de 27 pisos cada una y un pódium que los integra que posee dos sótanos. Estas torres fueron concebidas estructuralmente con un sistema de núcleo central; la necesidad de resistir cargas horizontales, Las cargas horizontales pueden ser debidas al viento o a sismos.

Se logra optimizar la estructura al introducir muros de concreto en el interior de la planta, que encierran a las escaleras o ascensores formando los núcleos de circulación vertical. La interacción que se produciría entre el núcleo central de circulación y las columnas de borde se daría gracias al entrepiso rígido. En este caso, el momento de volteo que se produciría debido a las cargas laterales de viento o sismos sería resistido en una parte por el núcleo central y otra buena parte lo resistiría el par que se origina en las columnas opuestas de la fachada, produciéndose en ellas tracción y compresión respectivamente. De esta forma actúa el sistema conocido como tubo en tubo. (CIVIL) Este núcleo sirve para que exista una trasmisión de las cargas por vigas de trasferencias metálicas a un conjunto de columnas perimetrales, De esta forma las columnas colaboran con el núcleo en la absorción del momento flector global, y el núcleo se encarga de resistir el esfuerzo de corte global. NUCLEO CENTRAL CONEXIÓN MASHRABIYA EN NUDOS

VIGAS DE TRANSFERENCIA

COLUMNAS PERIMETRALES

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Maestría en Construcción – 1er semestre de 2013

En la siguiente imagen se observa los niveles que rigidizan la estructura de las torres, estos niveles tienen una estructura a manera de cercha perimetral que permite la rigidizarían. De igual manera aquí es claro en núcleo central en el que funcionan los servicios y circulaciones verticales; Es así como se da lugar a un esquema muy funcional estructuralmente.

La singular forma de la planta determina luces transversales muy variables entre el núcleo y fachada. Existen espacios interiores que poseen doble altura, esto se convierte en una característica compleja ya que se comprimen las vigas de esa zona y se pierde arriostramiento en la fachada, dando lugar a superficies de pandeo de los soportes interiores; para dar solución a esto se diseñan vigas mixtas de gran rigidez en el plano horizontal pero capaces de proporcionar un arriostramiento similar al que dan los entrepisos. El proceso constructivo de estas torres está conformado por: cimentación, la construcción del núcleo central en concreto, la construcción del armazón metálico perimetral junto con los entre pisos, la instalación del envolvente de fachada y por último la instalación de los mashrabiya que hacen parte importante del edificio.

2.2 Análisis estructural Se hará un análisis de Al Bahar Towers, de cómo se calcularon las soluciones a las problemáticas comunes en los edificios en altura, como se observan en la siguiente imagen: Se calcula el momento de vuelco porque de este dependen diseños especiales en los elementos estructurales. Se determina la distorsión por cortante y la flexión propia de estructura para determinan si es necesario combinación de sistemas.

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Fuente: http://www.yumpu.com/es/document/view/14295882/apuntes-de-edificios-en-altura

Para el análisis de estructuras se tiene en cuenta la deriva, que es el desplazamiento relativo de entrepiso, ya que permite medir el grado de daño que puede tener la estructura de acuerdo a su rigidez. Para el cálculo del cortante, vuelco y desplazamiento, se asumen algunos valores de acuerdo a las condiciones de la estructura, como del 1% para un edificio en altura con estructura de tubo central con fachada rigidizadora, por lo tanto se puede calcular el ángulo de inclinación vertical .

Siendo

el desplazamiento horizontal o deriva y

Para el cálculo de la rigidez de la estructura momento .

la altura del edificio.

intervienen el ángulo de inclinación vertical

y el

Y el momento involucra la masa, la distancia entre el empotramiento y el punto de aplicación de esta como fuerza equivalente y la aceleración sísmica del lugar.

Para obtener el peso de la estructura se toma en cuenta la siguiente gráfica en donde se escoge el sistema estructural de tubo diagonalizado lo que nos da un peso de 84 kg por m y se tiene en cuenta que el área de cada torre es de aproximadamente 28.000 m .

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Ahora se tiene que la frecuencia natural de la estructura W, está relacionada con la rigidez de la estructura K y con la masa M.

2.3 Sistemas De Disipación De Energía Al Bahar Towers posee un sistema activo de disipación de energía, este contra resta los efectos del sismo directamente mediante actuadores situados en el seno estructural. La gran demanda de energía que comporta su actuación ante un sismo severo y la complejidad de los algoritmos de control los convierte en sistemas poco robustos. 3 ANALISIS AERODINAMICO En general los edificios que no sean demasiado esbeltos o demasiado flexibles, la acción del viento se traducen en una presión lateral que puede acotarse actuando estáticamente. Las presiones del viento varían con la altura, pero conservativamente, pueden tomarse con un valor constante resultado así, para edificios prismáticos, en un conjunto de fuerzas laterales uniformemente distribuidas con la altura. (EDIFICIOS EN ALTURA). Cuando aumento la altura del edificio, y especialmente su esbeltez (λ = h/b ) la acción del viento comienza a comprometer la estabilidad de las construcciones con igual intensidad que las cargas gravitacionales. El Viento es una Carga dinámica (que varía en el tiempo) con una determinada dirección e intensidad, o sea una masa de aire en movimiento que al chocar contra el obstáculo (edificio) tiende a volcarlo a correrlo (CANCIANI) 3.1 Diagrama de presiones El análisis aerodinámico para edificios de altura se compone de la siguiente variable que son presión dinámica sobre la estructura, presión estática sobre la estructura, con esta dos tipos de presiones se obtiene el valor de la presión absoluta que influye sobre la estructura en este caso la torres al Bahar en la cuidad de Abu Dhabi. A continuación se muestra el cálculo de la presión dinámica. Dónde:

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: Presión dinámica : Densidad del aire en Abu dhabi. : Velocidad del viento en Abu Dhabi Todos estos valores fueron corroborados por medio de la estación meteorología del aeropuerto de Bateen ubicado a 6 kilómetros de las torres Al Bahar Dando como resultado una presión dinámica de P=14.0224 pa Dónde: : Es la presión Estática Obteniendo como resultado el siguiente valor 1.5625 Presión total Finalmente al obtener las dos presiones que tiene que ver con la velocidad del aire se determinar el valor de la presión total que se expresa por medio de la siguiente ecuación. Presión dinámica

Presión estática

presión total

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8 3.2 Sombra aerodinámica

Luego de determinar las variables de presión tanto estática como dinámica se procede a realizar los cálculos de la sombra aerodinámica. Calculo de la sombra aerodinámica En primera instancia para determinar la sobra aerodinámica de una edificación se procede a determinar las variables del edificio como son alto y ancho de la planta y asi obtener y compara con los siguiente valores. Ancho: 26 metros Alto: 150 metros A continuación se muestra la relaciones Ancho/Alto lo cual influirá en la sensibilidad de la edificación a los viento.

De la misma forma en que se realiza la relación ancho alto también se determina la Sensibilidad del edificio frente a efectos dinámicos por medio de la siguiente ecuación el cual es suministrado por la siguiente gráfica:

Imagen 1. Visualización de la sombra aerodinámica de las torres Al Bahar

3.3 Sensibilidad del edificio frente a efectos dinámicos Por medio del siguiente grafico se puede determinar el comportamiento preliminar del viento con respecto a la geometría del edificio ya que al Bahat Towers tiene una forma circulas se presume que el comportamiento es similar al que se encuentra en negrilla en la grafica. Si fuera h>100 cumple con esta condición, per e resultado es: h/d=150/26= 5.76 es decir no cumple con la condición.

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Se toma la circular porque es la que más se ajusta a la geometría de al Bahar Towers, dando como valores de 0.002

3.4 Relación de forma en planta y desplazamiento: Para determinar la flecha del edificio se realizara por medio de la siguiente ecuación donde: : Presión total con respecto a la velocidad. : Altura del edificio desde el suelo. : Módulo de elasticidad del acero Deflexión lateral para hormigo

4 CONCLUSIONES

REFERENCIAS  PEREZ, Valcarcel Juan, Estructuras en Altura, ETSA de la Coruña. (EDIFICIOS EN ALTURA)  http://www.yumpu.com/es/document/view/14295882/apuntes-de-edificios-en-altura

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Maestría en Construcción – 1er semestre de 2013  CANCIANI, José María Estructuras III, Las Problemáticas De Diseño En Los Edificios En Altura, 2009.  CIVIL, http://www.civil.cicloides.com/cestructurales/2.4.2/

AL BAHAR TOWERS LOCALIZACIÓN: TERMINACIÓN: ALTURA:

USO: DISEÑO: ESTRUCTURA: GERENTE: CONTRATISTA:

ABU DHABI. JUNIO DE 2012 145 m. 29 PISOS 2 SOTANOS OFICINAS AEDA ARCHITECTS DIAR CONSULT ARUP MACE INTERNATIONAL AL-FUTAIM CARRILION

Reyes, Becerra, Velasco, González, Rodríguez Universidad Nacional de Colombia

Capital del emirato, así como capital y segunda ciudad más poblada de los Emiratos Árabes Unidos

LOCALIZACION Al Bahar Towers está localizado en la entrada oriental en la intersección de Al Saada y Al Salam Street, en la ciudad de Abu Dhabi

Se encuentra en una isla situada a menos de 250 metros de la costa

GEOGRAFIA

FALLA MAS CERCANA PLACA EUROASIATICA

PLACA INDICA

PLACA ARABIA

Por tanto es una ciudad libre de huracanes y es ZONA SÍSMICA BAJA.

Se encuentra en una isla situada a menos de 250 metros de la costa

Influencia del viento Por tanto es una ciudad libre de huracanes y es ZONA SÍSMICA BAJA.

NIVELES RIGIDIZADORES

Componentes estructurales Las columnas colaboran con el núcleo en la absorción del momento flector global, y el núcleo se encarga de resistir el esfuerzo de corte global

TUBO EN TUBO NUCLEO CENTRAL

CALCULO DEL MOMENTO

ANALISIS ESTRUCTURAL AREA TORRE= 28.000 M2

CALCULO DE LA RIGIDEZ

PESO EST=84 kg por m2

CALCULO DE LA FRECUENCIA

ANALISIS ESTRUCTURAL

La acción del viento se traducen en una presión lateral que puede acotarse actuando estáticamente

Análisis aerodinámico Presión dinámica

producida por el viento es máxima en el centro de la fachada por simetría

Presión estática

Presión total

Sombra aerodinámica

Sensibilidad del edificio frente a efectos dinámicos = d/b= 3.5 Si fuera h>100 cumple con esta condición RESULTADO es: h/d=150/26= 5.76 es decir NO cumple con la condición.

Influencia del viento

La planta es de forma circular se toma 0,02

RELACION FORMA EN PLANTA Y DESPLAZAMIENTO

qv= 15.585 hn= 150 E= módulo de elasticidad del acero