Torre Jeddah - Diseño del Edificio más Alto del Mundo (Feb. 2019) Ricardo E. Barbosa, Ph.D. Para quienes no tuvieron oportunidad de ver la presentación de Robert Sinn, director de la oficina Thornton Tomasetti de Chicago, Illinois, sobre el diseño de la Torre Jeddah, el edificio más alto del mundo, se presenta abajo un resumen. Evolución de Edificios Altos

Los primeros edificios altos fueron todos de acero estructural. Incluyendo el Empire State Building terminado en 1931, las Torres gemelas (1973), la Torres Sears (1973) (hoy torre Willis), Petronas, Tapei 101 y One World. Sin embargo, gradualmente el concreto reforzado ha venido remplazando al acero. De hecho los tres edificos más altos del mundo son de concreto reforzado. Estos son, la Torre Shangahi el segundo edificio más alto, el Burj Khalifa en Dubai, actualmente el edifico más alto, y la Torre Jeddah en Arabia

Saudita, que será el edificio más alto del mundo y será el primero en alcanzar una altura de un kilómetro. La Torre Jeddah supuestamente estará terminada a finales del 2021.

Actualmente el 73% de los edificios altos, de más de 270 m de altura, son de concreto reforzado y solamente el 5% son de acero estructural. De acuerdo al Consejo de Edificios Altos y Habitación Humana (Council on Tall Buildings and Urban Habitat, CTBUH), la gran mayoría de estos edificios altos están en Asia (64%), en el Medio Oriente (21%), Norte América (9%) y Europa (5%). Esta tendencia en el uso de materiales sugiere claramente que el material del FUTURO es: Concreto Reforzado.

En la Figura se presentan seis de los edificios más altos del mundo. Los tres de la izquierda, los más altos, de concreto reforzado y los tres de la derecha de acero estructural. Nota: La torre Jeddah de 1 km de altura originalmente fue llamada Kingdom Tower, ahora se llama Jeddah Tower (no se sabe cómo la llamaran cuando la terminen!) .

En la figura se presentan los pisos tipo de la torre Jedda (torre Kingdom). Los pisos inferiores corresponden a oficinas, seguidos por un hotel (cinco estrellas) y hacia arriba, condominios de lujo. En la parte superior habra un mirador y el penthouse sera la residencia del Principe Al-Waleed, inversionista principal del proyecto. El diseno arquitectonico fue realizado por Adrian Smith & Gordon Gill Architecture de Chicago y el diseno estructural por la oficina de Chicago de Thornton Tomassetti. El edificio esta localizado en una zona de amenaza sismica intermedia. La velocidad basica del viento en el sitio, segun el codigo 150 km. Para quienes se preguntan de que tamano son las columnas del primer piso de la Torre Jeddah de 1 km de altura la respuesta es: No hay columnas !

El sistema estructural consiste en muros y losas solamente. No hay columnas, no hay spandrel beams, no hay outriggers, no hay dispositivos de disipación de energía, no hay nada sofisticado. La estructura consiste en un sistema de muros portantes extremadamente simple. Los muros están conectados con vigas de acoplamiento correspondientes a los linteles de las puertas. Los muros de color azul claro son todos verticales. Su espesor en el primer nivel es 1.0 m (40”), excepto el triángulo correspondiente al núcleo central que es de 0.80 cm (32”). Los Muros de color azul oscuro son inclinados y su espesor en el primer nivel es 1.20 m (48”). Considerando la altura de la torre (1 km) estos muros de 0.80 m a 1.20 m de espesor se pueden considerar muros delgados.

La Torre Jeddah incluye entradas y ascensores diferentes para los niveles de oficinas, hotel y residencia. Las escaleras de incendios están en los extremos de cada ala.

Aunque varios reglamentos sísmicos limitan la altura de sistemas de muros de carga y además penalizan geometrías en las que en planta, los ejes no son ortogonales y ocurren variaciones en altura, para el caso de edificios altos, esa geometría de ‘tres piernas abiertas’, particularmente en sistemas de muros, es mucho más eficiente para resistir cargas laterales de sismo y viento, que una configuración rectangular prismática. Por esa razón sistemas de muros portantes con esa geometría se han usado exitosamente en otras torres incluyendo la Torre CN en Toronto y el Burj Khalifa en Dubai, y por eso fue adoptado para el Jeddah Tower.

Cada grupo de muros tiene una función principal. El propósito principal del núcleo triangular central es proveer rigidez torsional, que en edificios altos es muy importante. Prácticamente no hay aberturas en ese núcleo central. Ese triángulo es mucho más eficiente en proveer rigidez torsional que lo que usualmente se hace en estructuraciones regulares: proveer muros orientados en dos direcciones ortogonales.

Lo muros de los corredores y cercanos a las escaleras de incendios son altamente comprimidos tanto por cargas de gravedad como por cargas laterales y son los que tienen más aberturas. Son de 1 m de espesor en la base. Las vigas de acople son de 1.60 m. La altura de entrepiso para todos los niveles es 4.0 m. Por tanto la altura libre bajo las vigas de acople es 2.40 m.

Los muros transversales son estabilizadores. También soportan cargas de gravedad importantes. Son de 0.85 cm en la base. Las vigas de acople transversales son de 1.50 m. Algunos de estos muros desaparecen conforme se reduce la planta en altura.

Los muros de los extremos son los más importantes. Son los que hacen que el sistema trabaje eficiente. No solo la carga lateral sino que también gran parte de la carga gravitacional es direccionada por rigidez a los extremos. Estos muros son de 1.20 m de espesor en la base.

Torre – Silo Solo los 2/3 de la altura son usados. La parte superior se vuelve angosta y no es utilizada. Allí no hay pisos ni ventanas.

La inclinación de los muros exteriores de las tres alas es diferente. Cada una alcanza el centro del edifico a diferente altura, lo que resulta en esa geometría singular en la parte superior.

El diseño de Torre Jeddah es controlado por Viento, lo cual es típico en edificios altos. Sin embargo, todas las provisiones sísmicas fueron tenidas en cuenta en el diseño.

La cimentación de la torre consiste en un sistema placa-pilote. Un total de 270 pilotes pre-excavados. Con el fin de limitar asentamientos diferenciales se dispusieron pilotes más largos, de 115 m de longitud, en la parte central. No porque las cargas fueran mayores en esa área, pues las cargas en los muros extremos son mayores, sino por la tendencia natural de cimentaciones de asentarse en forma cóncava. El diámetro de los pilotes (pilas) varía entre 1.5 m y 1.80 m. La losa sobre los pilotes es maciza de 5.0 m de espesor.

El suelo de fundación consiste en un perfil de rocas blandas. El máximo asentamiento esperado a largo plazo es de 11 cm.

La resistencia del concreto para losa de cimentación es f’c = 9,000 psi. Para los pisos inferiores la resistencia es f’c= 12,500 psi,. En los pisos intermedios la resistencia es 11,000 psi y en los pisos superiores se reduce a 9,500 psi. El concreto de f’c= 12,500 psi incluye tres materiales cementantes: cemento portland, microsilica y cenizas volantes). La relación agua/cemento para dicho concreto es 0.25 y se proveen aditivos para aumentar su fluidez, sin que se afecte su resistencia.

Construction de la Cimentación

Construcción Torre – Sistema industrializado

Secuencia de Construcción

Conclusión (RB) El sistema de muros de carga de concreto reforzado es el sistema del futuro. Es el sistema que mejor ha resistido los sismos más fuertes del planeta. El sistema no solo es aplicable a edificios bajos y de mediana altura, sino que como se muestra, ha usado exitosamente en los edificios más altos del mundo. Los límites de altura impuestos a este sistema por algunos reglamentos sísmicos son arbitrarios y no tienen sustentación valida. Referencias: Este documento fue elaborado con imágenes tomadas de las presentaciones indicadas abajo. Todas las imágenes han sido editadas. El documento incluye algunas apreciaciones y conclusiones, que pueden no reflejar la opinión de los autores de las presentaciones. Robert Sinn (2018), The Jeddah Tower and the Design of the World’s Tallest Building, Dia de la Ingenieria Estructural, Instituto de Ingeniería UNAM. Roberto Stark (2018), Diseño de Edificios Altos de Mexico, Dia de la Ingenieria Estructural, Instituto de Ingeniería UNAM.