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Coyuntura
Cimentación de las nuevas Torres Colón
Juan Carlos Arroyo Portero
Autor del proyecto y director de obra de la estructura de las nuevas Torres Colón.
Ingeniero de caminos, canales y puertos. Doctor en Arquitectura.
Presidente de CALTER Ingeniería.
Decano de la Escuela Politécnica de la Universidad Nebrija.
Jesús Álvarez Fernández
Jefe de Asistencia Técnica a Obra de la estructura de las nuevas Torres Colón.
Arquitecto técnico e ingeniero de edificación.
Jefe del departamento de Asistencia Técnica a Obra de CALTER ingeniería.
Gema Gómez Martínez
Directora del Proyecto Torres Colón Mutua Madrileña.
Arquitecta COAM 13 750.
Torres Colón, con 117 metros de altura, es uno de los edificios más altos y emblemáticos de la capital madrileña. Pertenece a Mutua Madrileña desde 1995, cuando fue adquirido al grupo inglés Heron International. Las torres fueron construidas en la década de 1970 sobre una estructura proyectada por el estudio de Fernández Casado, con la supervisión y el liderazgo del ingeniero Javier Manterola. En los últimos años la empresa aseguradora ha llevado a cabo unas importantes obras de remodelación del edificio con el fin de reforzar el edificio y su estructura, actualizarlo y garantizar su pervivencia, así como para convertirlo en uno de los más sostenibles de la ciudad. La reforma emprendida, además, ha dado más visibilidad a los elementos estructurales originales, tan característicos, que habían hecho de Torres Colón un edificio diferencial.
El proyecto de estructura de la remodelación —el segundo que afrontarán las torres en sus cincuenta años de vida— ha sido diseñado por CALTER Ingeniería para el estudio Luis Vidal + arquitectos y ha sido ejecutado por Dragados. Potencia la solución estructural original, que ahora se refuerza y cobra mayor visibilidad con las nuevas soluciones arquitectónicas implementadas. El edificio, por lo tanto, mantiene la estructura suspendida original en su integridad, modificando el diseño y la arquitectura exterior para adaptarlo a las nuevas necesidades del siglo XXI.
La reforma ha supuesto la supresión del «enchufe» que coronaba el edificio y de la «piel naranja» acristalada que lo cubría, llevada a cabo en su primera reforma. La actualización efectuada por Mutua Madrileña ha mantenido la altura y la superficie previa del edificio: 20 298 metros cuadrados. Al margen de ello, Torres Colón ha sido dotado con instalaciones de última generación en cuanto a eficiencia energética y sostenibilidad, lo que le permitirá convertirse en la primera torre de negocios de España con la consideración de Edificio de Consumo Casi Nulo (ECCN) según las Directivas Comunitarias 2018/844 y 2012/27. En este artículo se van a tratar los aspectos más importantes de la nueva cimentación de los núcleos de las Torres Colón, su proyecto y su ejecución.
Cimentación. Conceptos generales
El reto inicial se resume en un número: la remonta de las Torres ha supuesto un 20% de incremento de peso y de la fuerza del viento, pero un incremento del 100% del momento en la base. Las soluciones diseñadas se pensaron para que estos nuevos desafíos no alteraran el funcionamiento de la estructura original. Además de este, a lo largo del proyecto se fueron sumando algunos otros retos inesperados.
Debido al importante incremento de flexión del viento, los dos núcleos originales precisaban de ayuda para enfrentarse a la nueva situación. La solución surgió de un diálogo entre la arquitectura y la estructura: generar un cuerpo de comunicaciones verticales (en el norte) que forme parte de la solución frente al viento, integrándose en el conjunto sin alterar el funcionamiento de la estructura original.
Este cuerpo de ascensores supone la necesidad de cimentarlo, pero, por razones de funcionalidad de los sótanos, este núcleo no puede bajar del primer sótano por lo que se hace necesaria una cimentación flotante mediante vigas de gran canto en dicho sótano.
Croquis del proyecto
Geometría, campañas de reconocimiento y patologías
La geometría de la cimentación del núcleo era conocida porque la empresa CFC, proyectista de la solución original, generosamente, la puso a disposición del nuevo proyecto.
El resumen tipológico de la cimentación de la década de 1970 es: la carga que baja a través de los núcleos descansa en el terreno mediante un cajón (zapata) constituido por las cuatro paredes del núcleo y dos losas -superior II e inferior I- que le confieren rigidez. Los cuatro muros del núcleo se construyeron mediante técnicas de pantalla previamente a la excavación.
Cuando la excavación llegó al sótano -6 se ejecutaron las losas I y II y se construyó un cinturón alrededor de los cuatro muros, que se postesó débilmente con la única intención de asegurar el monolitismo del comportamiento del cimiento.
Para abordar el proyecto de refuerzo de la cimentación fue necesario hacer una campaña intensa de reconocimientos del terreno y de la estructura existente. Los resultados de la inspección extensiva en toda la Torre fueron excelentes, incluidos los tirantes exteriores de las dos torres.
Se obtuvieron resistencias del terreno (tensiones admisibles) muy altas, del orden de 1500 kPa (15 kp/cm2) a cota de cimentación. Por suerte, por el paseo de la Castellana, el terreno de esa zona —que conocemos bien— es muy competente y a esa profundidad tiene resistencias elevadas, sin las cuales no podía haberse cimentado la torre original en la pequeña superficie del núcleo, de unos 100 m2. Las tensiones medias transmitidas por la torre original sobre esa superficie rondan los 10 kp/cm2.
Durante el proceso de caracterización, se practicó un paso de hombre en la losa II para descubrir el cajón inferior, el cual estaba totalmente inundado de agua, alimentado por el arroyo Castellana, a pesar de ser un recinto rodeado de hormigón por sus seis lados.
Además del agua, en el paso de hombre se descubrieron fisuras paralelas a la superficie que parecían responder a una clara afección árido-álcali cuyo grado de desarrollo, observado mediante estereomicroscopio, se clasificó como medio-alto, pudiendo evolucionar en función de las condiciones ambientales.
En los análisis desarrollados por el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja del CSIC se identificaron los siguientes estados patológicos:
- Los áridos presentaban un patrón de fisuración paralelo a las superficies libres de los elementos de la cimentación (losas superior e inferior, muros del núcleo y cinturón de pretensado).
- Presencia de sales alrededor de los áridos, un subproducto común de la reacción álcali-sílice.
- La acumulación de agua en el núcleo de la cimentación se identificó como un factor desencadenante de la reacción árido-álcali.
- Los ensayos confirmaron la reactividad potencial de los áridos empleados en la construcción original.
Esta patología afecta de forma directa a la resistencia del elemento estructural. En particular, la reacción árido-álcali genera una expansión interna en el hormigón, que se manifiesta en:
- reducción de la resistencia a tracción por la fisuración interna que produce; y
- pérdida de adherencia acero-hormigón, que en este caso no afecta.
Jugaba a favor de la estructura que la reacción árido-álcali no suele afectar a la resistencia a compresión y que la expansión que se manifiesta en dirección perpendicular a la superficie libre se puede resolver confinando el cajón rellenándolo de hormigón.
Por ello se adoptaron medidas correctoras a fin de garantizar la durabilidad de la cimentación:
- Relleno de los recintos con hormigón autocompactante y expansivo para minimizar el acceso de humedad, y conferir estabilidad extra.
- Por el interior de la zona confinada de la cimentación se inyectaron las fisuras existentes con resinas epoxi de baja viscosidad para prevenir la entrada de agua.
- Refugio estructural: la nueva cimentación abraza la zapata original y le confiere una protección extra frente al contacto de humedad.
Esta patología detectada subraya la importancia de realizar estudios exhaustivos de caracterización, y alerta sobre la necesidad de realizar mantenimientos preventivos expertos, no solo las inspecciones visuales — meros trámites— que pasan las estructuras en las inspecciones técnicas obligatorias.
Refuerzo de la cimentación del núcleo de las Torres
De forma esquemática, el diseño del refuerzo consistió en abrazar la zapata existente recogiendo las cargas que descendían por el núcleo desde un nivel superior al de la zapata original y distribuyéndolas al terreno mediante micropilotes a través de una superficie mayor.
La solución adoptada consiste en un encepado por encima del cinturón pretensado de la zapata existente, de canto variable, 1,35 m en el extremo y 2,95 m poco antes de llegar a las paredes del núcleo existente, teniendo continuidad dicho encepado en la zona interior de los núcleos.
Este encepado se conecta a los muros del núcleo existentes mediante una serie de tendones de pretensado tanto en la parte inferior (16 tendones de 27 cordones de 15,7 mm de acero Y1860S7) como en la parte superior (controlando el vacío, 15 tendones de 15 cordones de 15,7 mm, acero Y1860S7). Este pretensado asegura la continuidad estructural del encepado a través de las paredes del núcleo, incluyendo los refuerzos de los núcleos.
El encepado se apoyará sobre 120 micropilotes, (perforación de 225 mm y armadura tubular 139,7 x 9 mm) de una longitud total de 17,5 m, lechada de fck = 45 MPa e inyección repetitiva (IR).
La solución planteada por el proyecto no era de micropilotes, sino que se propuso apoyar la zapata en un suelo mejorado con jet grouting, a nuestro juicio, una técnica suficientemente conocida, económica y garantizada si se cuenta con un exigente control de la inyección. Además, la solución con jet permitía trasladar toda la carga a la nueva cimentación.
Durante la construcción, se generaron discusiones sobre el mejor método posible, más rápido y más económico, y se propuso cambiar el jet grouting por el uso de micropilotes para apoyar el recrecido de las zapatas. Para ello se analizó muy detalladamente el reparto de las cargas entre la cimentación existente y la nueva pues de ello dependía el dimensionamiento de los micropilotes. Después de extensos y sesudos estudios estructurales y geotécnicos teniendo en cuenta los efectos diferidos y el reparto entre ambas cimentaciones, se decidió que un porcentaje del esfuerzo podía ser resistido por la cimentación actual, lo que permitió disponer un número de pilotes razonable.
La complejidad inherente a los proyectos de rehabilitación de sótanos se ve acentuada por una serie de condicionantes críticos que demandan una planificación meticulosa y una ejecución precisa. En el caso que nos ocupa, la limitación espacial se erige como el factor determinante, afectando tanto el tránsito de maquinaria pesada y materiales como el gálibo disponible entre forjados.
El acceso a la plataforma de trabajo, situada a seis niveles de profundidad, requirió el descenso de maquinaria especializada y la evacuación de grandes volúmenes de residuos pétreos, sorteando simultáneamente las actividades de otros equipos de trabajo. Esta convergencia de tareas en un espacio confinado, que incluía demoliciones, refuerzos de cimentación y saneamiento, subrayó la importancia de una coordinación y planificación exhaustivas para garantizar el cumplimiento de los plazos y rendimientos previstos.
El pleno respeto a la estructura colgada y a los elementos protegidos ha sido el ‘leit motiv’ del diseño de la nueva estructura
Un aspecto crítico del proyecto fue la proximidad de las excavaciones a las pantallas de contención perimetrales, ya que la excavación para ejecutar la cimentación las descalzaba. Por ello, se implementó un sistema de acodalamiento provisional que garantizó la estabilidad de las pantallas hasta la ejecución de la losa definitiva de 40 cm de espesor, la cual, además de servir como base para el pavimento del sótano, actúa como un elemento de arriostramiento horizontal, absorbiendo los esfuerzos en la coronación de los pilotes.
El refuerzo de la cimentación existente se llevó a cabo mediante una secuencia de operaciones cuidadosamente planificadas y adaptadas a las limitaciones geométricas del entorno, priorizando la minimización de interferencias con el resto de actividades a desarrollar en esta cota del edificio y garantizando la estabilidad durante todas las fases de ejecución. El procedimiento seguido fue el siguiente:
- Demolición de solera y vaciado previo de tierras hasta alcanzar una cota aproximada de 1,5 m por debajo de la solera actual con una doble función: permitir un mayor gálibo para la entrada de la micropilotadora y generar la plataforma de trabajo para la ejecución de acodalamientos a pantallas.
- Acodalamiento de pantallas anexas a cimentación: Esta actividad viene obligada por la pequeña longitud de empotramiento de la pantalla perimetral de contención de tierras.
- Vaciado parcial en una segunda fase, procediendo a la excavación controlada hasta alcanzar la cota inferior del cinturón de hormigón armado existente, asegurando en todo momento la integridad de los elementos adyacentes y de las cabezas de micropilotes ya ejecutados.
- Vertido de hormigón en masa hasta alcanzar la cota correspondiente al nivel superior de la losa de la zapata, generando una base estable para la posterior colocación de las armaduras y el vertido del hormigón.
- Apeo perimetral del forjado de planta -5, dispuesto alrededor del núcleo central, como medida preventiva frente al corte necesario del propio forjado para la posterior disposición del refuerzo exterior de la zapata, garantizando así la estabilidad del forjado durante las fases críticas del proceso.
- Distribución e instalación de la armadura pasiva y activa, tanto en el ámbito de la nueva zapata como en el interior del núcleo, garantizando la transferencia de cargas entre ambos elementos.
La ejecución de estas actuaciones y los condicionantes asociados puso de manifiesto la necesidad de abordar este desafío constructivo y logístico con un enfoque integral, combinando soluciones de ingeniería innovadoras con una gestión de obra rigurosa.
Arriostramiento para evitar el descalce de las pantallas
La ejecución de los refuerzos en zapatas implica una importante ocupación de superficie en planta. Esta ampliación de área condiciona la estabilidad de las pantallas de contención —caras este y sur— por carecer de empotramiento suficiente para garantizar su estabilidad durante el vaciado.
En este esquema se observan, además, las cimentaciones pilotadas de cuatro pilares existentes. Estos cuatro pilares recogen la carga del cuerpo de ascensores, cuya cimentación flotante se ha ejecutado en el sótano 1 y se apoya en estos cuatro pilares que, lógicamente, han sido reforzados tanto en su alzado como en su cimentación.
Para mantener el nivel de arriostramiento se diseñaron codales que, bajo un estricto proceso y una rigurosa planificación, permitieron estabilizar las pantallas. Los codales se definen para cada batache de pantalla existente.
Conclusiones finales
El refuerzo de la cimentación de Torres Colón ha representado un desafío singular y, en este caso, el pleno respeto a la estructura colgada y, en particular, a los elementos protegidos ha supuesto un reto añadido.
La responsabilidad en la nueva vida útil —otros 50 años— cae de forma completa en los autores de la remodelación, por lo que tratar de conocer lo mejor posible el estado actual es una necesidad imperiosa.
Durante la inspección se detectaron patologías que, de otra forma, no se hubieran encontrado. Quizá la conclusión más importante de este artículo es que conservar una estructura protegida no significa no hacer; conservar es intervenir con el debido respeto para garantizar una extensión de la vida útil.
La gestión coordinada entre los equipos de diseño LVA, diseño de la estructura (CALTER), project management (HILL International), dirección facultativa (LVA) y constructora (DRAGADOS), así como la ágil gestión en la toma de decisiones por parte de la propiedad (MM) fue clave para afrontar con éxito las restricciones operativas del entorno, minimizando el impacto sobre la actividad del edificio y asegurando la estabilidad estructural durante toda la obra.
Gracias a la remodelación de las Torres Colón podemos asegurar la seguridad, funcionalidad y durabilidad de uno de los edificios más emblemáticos del horizonte de Madrid.