Se explica en la Universidad en España en las asignaturas de estructuras de edificación que "los edificios más altos del mundo están en Nueva York, pero los más esbeltos del mundo están en Benidorm". Con este chiste se pone sobre la mesa un hecho estructural innegable: que lo complejo no es hacer un edificio muy alto, sino hacerlo muy ESBELTO (con mucha altura en relación a sus dimensiones en planta), aunque sólo los más altos salgan en los documentales.
Y ahí es donde España tiene "récords mundiales" (como dirían nuestros Ingenieros de Caminos para los que cada puente es récord mundial "en algo"). Efectivamente, no sólo en Benidorm, sino en casi toda nuestra extensa costa, existen edificios de esbeltez extrema (son los casos más próximos a 7:1, altura/base), normalmente para hoteles (que por su distribución interior generan plantas muy alargadas) y también para edificios de apartamentos.
Hay que dejar constancia con orgullo que, construidos desde los años 60 (algunos ya tienen 60 años de edad), todos cumplen rigurosamente la Ley de la Gravedad todos los días del año, no se conoce ninguno de ellos que haya dado lugar a problemas estructurales severos (nunca se han dado colapsos como el de Miami), y mira que se han hecho estructuras de este tipo y son difíciles de diseñar y construir, teniendo además que innovar (manida palabra) cuando no había muchas experiencias previas en otros países. España inventó el turismo masivo de sol y playa y lo alojó en estructuras de este tipo sin problemas, aportando a la ingeniería estructural una forma de diseñar estructuras.
Una "torre" es un tipo de estructural distinto a un "edificio de pisos" y en esta tipología de "TORRE DE PISOS" se conjugan ambos tipos. Antecedentes:
- En el campanario de una iglesia, el objetivo de la torre es colocar una campana a mucha altura para que su sonido llegue más lejos, así de simple. Como en aquella época la única estructura posible era la de muros, se hacían con fábrica de piedra.
- En una torre de comunicaciones de telefonía, el objetivo es más o menos el mismo, colocar el emisor-receptor de señales (de peso despreciable) a una determinada altura. En el siglo XXI se recurre lógicamente a fustes de perfiles de acero triangulados para que el viento pase a su través y no afecte.
- En un depósito elevado de agua, el objetivo es colocar el agua a una determinada altura que nos dé determinada presión, el volumen de agua pesa bastante más que la campana y que el emisor-receptor. Dependiendo de la época del depósito (desde los romanos hasta nuestros días) podremos ver distintas soluciones estructurales (con piedra, madera, hormigón y acero).
¿Cómo es una estructura de torres de pisos?
Pues han evolucionado mucho desde los años 60 hasta la actualidad. Describiremos el caso tipo actual en la costa española y, para terminar, lo compararemos con el de Miami que ha colapsado. Les adelanto que ganamos:
La estructura portante de pilares y la estructura de plantas de piso.
- Actualmente se construyen íntegramente en hormigón armado, a base de pilares y losas de piso normalmente macizas (ojo, no reticulares ni aligeradas como podría entenderse).
- La cimentación en playas suele ser a base de pilotes hincados en la arena, o bien de losas, formando un cajón con los muros de hormigón del sótano, de manera que se obtiene una mayor presión admisible de un terreno dado.
- ¿Y por qué losas macizas? Pues porque la distribución de habitaciones de hotel con anchos estándar del orden de los 3 - 4 metros produciría luces de 6 - 8 m que son excesivas para la mayor parte de los sistemas y entonces se recurre a poner los pilares más juntos entre habitación y habitación (con luces ahora del orden de esos 3 - 4 m). Pilares más próximos significa más finos fácilmente escamoteables en la distribución interior y luces bidireccionales cortas, compatibles con losas macizas sin necesidad de aligeramientos. Es rápido de ejecutar cuando hay que construir muchas plantas. La proximidad de los pilares no impide la distribución porque los usos más diáfanos de un hotel (comedor, vestíbulo, garaje...) se llevan fuera de la torre. Si recordamos los "hoteles de playa" en los que habremos estado, veremos que ni aparcábamos, ni comíamos en la base de la torre (hay casos en los que el restaurante se lleva a la cubierta generando problemas de flujo de personas en el ascensor a la hora de comer, pero ese ya no es un problema estructural). Por cierto, es absurdo separar los pilares en un hotel, porque de todos modos tendremos bajantes y conductos de ventilación de baños también estorbando cada poco.
- Este sistema requiere losas de no más de 18 cm, que con pilares próximos no provoca grandes problemas de punzonamiento en las losas (que no requieren ábacos ni capiteles que sí requerirían otros sistemas).
Pero ahora viene lo importante, la tercera estructura contra viento y sismo, de la que nunca se habla y que ha sido la gran aportación española a la ingeniería estructural en este tipo de edificios de pisos. El objetivo de esta tercera estructura es hacer la torre rígida a las acciones horizontales. Se logra hacer tan, tan rígida, que ahora sabemos que las más grandes incluso pueden soportar el impacto de un avión "sin despeinarse".
En edificios de pisos no esbeltos (digamos que cuando no se superan las 8 plantas), se van "apilando" unas plantas sobre otras en los pilares hasta alcanzar la altura del edificio. Todas las plantas de piso son estructuralmente iguales entre ellas (iguales luces y similares cargas) y el apilamiento implica que los pilares de las plantas más bajas serán "algo" más gruesos, pero no mucho más si adoptamos hormigones de altas prestaciones para estos pilares (decisión fácil adoptada de forma generalizada en este tipo de torres en los últimos 20 años).
Pero cuando la esbeltez del edificio alcanza determinados valores, una acción que normalmente no preocupa (el viento) aparece y resulta determinante, porque una estructura así descrita es "traslacional", o lo que es lo mismo, no es suficientemente rígida contra esfuerzos horizontales. Siempre se cuenta que en las plantas altas de muchos edificios altos, si pones un cuenco con agua, ésta se mueve en los días de mucho viento, eso es porque hay cierto desplazamiento horizontal en coronación, aunque no lo apreciemos normalmente.
Recordemos que los esfuerzos horizontales sólo pueden provenir de tres acciones exteriores (el viento, el sismo y los empujes del terreno) y dos del propio edificio (arcos y bóvedas y forjados inclinados, que no vienen al caso en este tipo de edificios). O sea, que el viento, al que no son vulnerables los edificios pequeños rígidos (lo resolvió bien el "tercer cerdito" con una construcción pesada, frente a sus dos congéneres que optaron por soluciones ligeras de paja y madera) empieza a hacer estragos cuando el edificio es alto, hasta tal punto que, lo que distingue a un edificio esbelto, es precisamente esta tercera estructura de la que hay muy poco escrito en la literatura técnica:
- Las primeras torres españolas de los años 60 y 70 contaban ya con una estructura de cruces de San Andrés que triangulaba determinados recuadros de pilares-forjados, desde la cimentación a la coronación del edificio (planos de arriostramiento se llaman). Seguramente porque estos primeros "rascacielos" eran en aquella fecha de estructura de acero, donde siempre se habían dispuesto arriostramientos de este tipo. Ahí debió partirse de la experiencia americana, que había realizado con acero estructuras muy altas.
- Convivieron con soluciones alternativas "inconfesables" (chapuceras pero efectivas) a base de colmatar con fábrica de ladrillo estos "recuadros". Y por qué no decir que, gracias al medio pie de cerramiento perimetral no colapsaron muchos edificios que no tenían esta "tercera estructura". Han funcionado tan bien que ni siquiera nos hemos dado cuenta del error hasta fechas recientes cuando los hemos recalculado con ordenador.
- En los últimos años la solución estándar es construir estos "planos de arriostramiento" con muros de hormigón armado, sencillamente sustituyendo determinados pilares por estos muros (también por pilares apantallados). Su número es de DOS planos de arriostramiento, uno para la dirección X del viento y otro para la dirección Y.
- Los arquitectos que han querido hacer su edificio más rígido al viento a base de regruesar los pilares (que es lo más evidente cuando el edificio es pequeño para rigidizar las uniones pilar-viga o pilar-forjado) no han estado acertados, porque han generado enormes pilares que estorban y limitan los usos en cada planta para conseguir a cambio muy poca rigidez. El símil empleado en clase es el de querer hacer rígida una estantería de libros (de estas de perfiles metálicos) a base de apretar más las tuercas. Todos hemos aprendido experimentalmente que aunque apretemos hasta casi romper los tornillos con la llave inglesa, conseguiremos rigidizar muy poco la estantería, y que es mucho más inteligente ¡clavarla a la pared!. La pared es, en este caso, esa "tercera estructura" de la que hablamos.
- Finalmente, si además del viento queremos hacer la estructura resistente a terremotos, necesitaremos tres de estas pantallas de arriostramiento (una más). El CTE DB-SE aunque no explica nada, lo llama "tres planos de arriostramientos no paralelos ni coincidentes" y se refiere a esto mismo.
El programa estándar utilizado para calcular estructuras (el famoso Cype, que es "made in Alicante", donde más abunda este tipo estructural de torres de pisos) tiene la opción "núcleo de arriostramiento". Ya ni siquiera se analiza este diseño, se da por supuesto, pero para llegar a esta solución estructural magnífica, se ha tenido que recorrer este guión descrito, desde las cruces de San Andrés.
Diseñar un núcleo de arriostramiento con las tres pantallas dispuestas alrededor del hueco de los ascensores es la solución perfecta, porque es el único sitio del edificio en el que las tres pantallas de arriostramiento no solo no estorban, sino que se mantienen con integridad desde la parte más baja del edificio (el foso del ascensor) hasta la más alta (el casetón del ascensor), proporcionando además (por su masa) el aislamiento acústico perfecto del ascensor. Es una solución tan buena, que no puede ser sólo ingenieril, es arquitectónica, donde la decisión sirve para muchas cosas a la vez: estructura, funcionalidad, forma, aislamiento...
IMAGEN GENERAL DEL EDIFICIO COLAPSADO EN MIAMI.
FUENTE: BBC, IMAGEN DE GETTY-IMAGES.
La torre colapsada de Miami en 2021:
- Es una torre de pisos, quizá no lo parezca porque el edificio es más grande en planta, pero lo es. En realidad son varias torres separadas por juntas estructurales (adosadas entre sí).
- Tiene muros de arriostramiento de hormigón en las cajas de escaleras, conformando esta tercera estructura explicada, que ha funcionado correctamente.
- Tiene forjados de piso de losa maciza y canto liso. Esto no tiene por qué estar mal, es un diseño como otro cualquiera.
- Pero el problema, como se ha explicado al principio, es la separación de pilares (6 m para permitir el aparcamiento de vehículos en planta sótano). Esto hace que las losas estén muy solicitadas a punzonamiento.
- Si a esta solicitación enfrentamos la merma de resistencia por el problema de durabilidad expuesto y el aumento incontrolado de cargas constatado en las plantas, tendremos el colapso producido y la forma de colapso: súbita y de conjunto.
Habrá que estar atentos a los datos que salgan a la luz de la investigación y del proceso judicial, pero sería extraño que difirieran mucho de lo aquí expuesto.
ROTURA POR PUNZONAMIENTO EN UNA LOSA
DE HORMIGÓN ARMADO DE 15 cm DE ESPESOR CON UN SOPORTE-PLACA DE 12x12cm
LABORATORIO DE ESTRUCTURAS DE LA UNIVERSIDAD NOVA DE LISBOA.
