Torre Cepsa

Introducción

Madrid posee 5 rascacielos, situados todos ellos en la zona financiera al noroeste de la ciudad, en la confluencia del Paseo de la Castellana y la calle Monforte de Lemos. El nombre oficial del complejo es Cuatro Torres Business Area (CTBA), y se emplaza en los terrenos de la antigua Ciudad Deportiva del Real Madrid. La construcción de las 4 torres comenzó en 2004 y fueron inauguradas entre finales de 2008 y principios de 2009.

La Torre Cepsa (Caja Madrid, originalmente) es el edificio situado más al sur, y es el segundo rascacielos en altura de España (248 m).  Representa el buen hacer de la colaboración entre ingeniería, representada por la oficina Halvorson and Partners (comprada en 2015 por WSP) y arquitectura, en manos de Foster and Partners. El concepto fue crear un rascacielos, sin columnas en la planta baja para crear un gran espacio en comunicación con el exterior, de manera que el peso y responsabilidad de la estructura recae en los dos núcleos característicos de este edificio.

La torre ocupa aproximadamente un tercio de la superficie de la parcela correspondiente, quedando el resto dedicado al espacio urbano. Bajo la explanada, ocupando toda la superficie de la parcela, hay cinco plantas de aparcamiento.

El reto: las cargas de viento

El diseño de la estructura de un rascacielos tiene que hacer frente a importantes cargas laterales. En este caso, por no ser Madrid considerado como zona sísmica por la normativa, las acciones laterales que dimensionan la estructura son las fuerzas de viento.

Estas fuerzas se determinaron mediante estudios en túnel de viento. De forma breve, los túneles de viento son grandes salas vacías en las que se realiza un modelo a escala de la estructura (edificio, puente, etc.) a estudiar, y se le aplican fuerzas a escala de viento, por medio de ventiladores u otros medios. Así se puede definir la interacción del viento con la estructura en cuestión. Hay muchos factores a tener en cuenta. ¡Por ejemplo! No es lo mismo un rascacielos en la zona financiera de Nueva York, en la que hay muchísimos más alrededor, que esta torre de Madrid.

¿Dónde se ubica el túnel de viento que se utilizó? ¡En Canadá! El análisis fue realizado por el Grupo de Ingeniería de Viento Alan G. Davenport de la Universidad de Ontario Occidental de Canadá.

Además de determinar las cargas que se aplicarán a la estructura, también sirve para determinar las aceleraciones máximas en el edificio cuando sopla el viento. Si las aceleraciones superan un determinado límite, los usuarios del edificio pueden sentirse inseguros al parecer que el edificio se desplaza, o puede que sufran mareos. En un edificio de oficinas, las aceleraciones máximas permitidas se establecen en un 2 % de la aceleración de la gravedad. Este control dinámico basado en aceleraciones se utiliza en edificios altos, mientras que en edificios convencionales se suele utilizar un control por deformaciones bajo cargas estáticas.

Diseño estructural

El diseño de la estructura de un edificio de este tamaño tiene que hacer frente, como se ha explicado más arriba, no solo a las cargas verticales (peso de la propia estructura, peso de los elementos dispuestos en el interior, sobrecarga por el uso como el paso de las personas, etc.) sino también las cargas laterales, en este caso únicamente de viento. En un edificio pequeño, el sistema de resistencia a las cargas laterales no adquiriría tanta importancia.

Al observar esta impresionante torre, destacamos enseguida dos características:

Modelo de cálculo estructural con ETABS

• Los dos núcleos laterales, que se extienden en toda la altura del edificio, unidos arriba por un elemento horizontal.
• La división de las plantas del edificio en tres grupos, de unas 11-12 plantas, pudiendo considerar como extra el gran vestíbulo de entrada.

El concepto estructural de cargas verticales se basa en ir transmitiéndolas a los núcleos a medida que descienden por el edificio, de manera que no haya que hacerlo todo justo antes de llegar al vestíbulo.

Así, el camino de las cargas es el que se describe a continuación.

La planta típica de oficina en este edificio mide 32 m en dirección este-oeste (distancia entre núcleos) y 42 m en dirección norte-sur (con voladizos de 9,5 m a ambos lados). Todas estas plantas están formadas por vigas de acero separadas 3 m que soportan una chapa colaborante de 15 cm de espesor (chapa grecada con hormigón vertido sobre ella y unido de manera que colabore en la resistencia).

Cada planta se apoya entonces en 8 pilares: 4 dispuestos exteriormente (en las fachadas norte y sur) y 4 interiores. Las cargas bajan por estos pilares hasta llegar a la parte inferior del correspondiente bloque de plantas. Ahí, los pilares se apoyan en 2 cerchas, denominadas secundarias, y colocadas en dirección norte-sur. Éstas, a su vez, se apoyan en otras 2 cerchas, denominadas primarias, y colocadas en este caso en dirección este-oeste.

¡Pero no es todo! Estas cerchas primarias unen los núcleos apoyándose en ellos a través de unos pilares embebidos en el hormigón de los mismos, y pasándoles la carga de todo el bloque de plantas. Las cargas, felices, bajarán por los núcleos hasta la cimentación, y de ahí al terreno.

Plano de planta típica

Las cerchas abarcan dos plantas de altura, que son las plantas técnicas del edificio. Además de soportar las cargas verticales, colaboran con los núcleos en la resistencia a las cargas de viento en dirección E-O (en dirección norte-sur cada núcleo resiste su parte de las cargas del viento). Para ello, se construyen diafragmas a nivel de cordón superior e inferior de cada cercha, a modo de losas postesadas de 1,9 m de espesor, que permitan transmitir las cargas. Se realiza además un postesado del cordón inferior de las cerchas principales, para garantizar la redundancia del sistema.

En la parte superior del edificio, en lugar de realizar una unión con cerchas, se disponen dos vigas “pared” entre los núcleos. Esta unión de los núcleos, por tanto, es un elemento simplemente apoyado que no colabora como los otros niveles detallados en la resistencia a las cargas laterales, pues no era necesario por cálculo y así fue más sencillo de materializar.

Cimentación

La cimentación de la torre se resuelve con una única losa de hormigón armado postesada, construida sobre los niveles de toscos de esta zona de Madrid (capacidad resistente de 7 kp/cm2). Para evitar posibles asientos diferenciales entre los dos núcleos si tuvieran una losa de cimentación cada uno, se hormigonó  una losa de 43 x 72 m en planta y 5 m de canto. El asiento máximo de la placa en el centro del núcleo es de 5 cm.

Otros datos estructurales

• Se permiten desplazamientos verticales a media altura entre cada planta, resuelto mediante un detalle en los pilares, para hacer frente a las diferentes deformaciones por fluencia y retracción de los núcleos y el resto de soportes.
• Además de ello, cada bloque de plantas es independiente a nivel de las plantas técnicas, permitiendo desplazamientos diferenciales.
• A partir de los atentados del 11 de septiembre de 2001 en NY, se empezaron a introducir criterios y exigencias de redundancia en los proyectos. En este caso, se diseñaron las cerchas y pilares interiores para que, en caso de que uno de los niveles resistentes fallara (en uno o entre dos pisos), el inmediato fuese capaz de soportar las cargas de dos bloques de plantas, el suyo y el que su soporte ha fallado.