10/08/2015
1
ANTECEDENTES:
Caja Colombiana de Ahorros(15 pisos, 1948)
Diseño y construcción:Cuéllar Serrano Gómez y Herrera Carrizosa Hnos.
Foto: Cincuenta años en la construcción de Colombia, Ref.1
Edificio ESSO Colombiana
Foto: Historia del Arte Colombiano,Ref. 2
Foto: Jairo Uribe Escamilla
Residencias Colón(13 pisos)
Banco de Colombia
Foto: Jairo Uribe Escamilla
10/08/2015
2
Banco de Bogotá
¡Salto en altura!
Foto: Historia del Arte Colombiano,Ref. 2
• Primer “rascacielos” de nuestra ciudad,
inaugurado en 1956.
• Tiene 23 pisos y 2 sótanos; 100 m de altura.
• Estructura de acero, diseñada por Skidmore,
Owings y Merrill de Nueva York.
• Fabricado en los Estados Unidos
• Montaje por una firma estadounidense y
Talleres Centrales
• Época dorada del hippismo: ¡hagamos el
amor, no la guerra!
• Música que despierta la nostalgia
• Crisis de la oferta del acero en Colombia y
surgimiento de nuevas soluciones en
concreto reforzado.
Ganadores:
• Proyecto arquitectónico:
Esguerra, Sáenz, Samper y Cia. con Urdaneta, Ricaurte, Carrizosa y Prieto Ltda.
• Cálculo estructural:
Doménico Parma Marré
Altura 161 m; 41 plantas (37 pisos y 4 sótanos)
10/08/2015
3
“El edificio fue concebido como un volumen de
una gran pureza geométrica independiente de las
edificaciones vecinas. La intención estética es la
simplicidad y la búsqueda de una silueta urbana
sencilla. Los materiales exteriores son el
concreto a la vista de sus columnas y el aluminio
y vidrio de la fachada flotante. Sus interiores son
totalmente flexibles. Se construyeron simultá-
neamente la estructura de la torre y los sótanos.
… los diseños y procedimientos adoptados para
la construcción de los cuatro sótanos que querían
ofrecer seguridad a los edificios vecinos
constituyó otra innovación muy apropiada para
malos terrenos, como son la mayoría en Bogotá.
Fue así como se concibieron una serie de pozos
circulares (caissons) periféricos, que
garantizaran la estabilidad del suelo vecino y sus
cimentaciones. Dentro de éstas se levantaron las
columnas estructurales para luego fundir anillos
de concreto como parte de las placas de sótano,
siguiendo los límites del terreno.
Dichas placas se fundieron de arriba hacia abajo,es decir, utilizando el terreno como formaletapara luego excavar la tierra por debajo de la loza.Este procedimiento permitió, además, buscar unequilibrio mecánico entre el volumen de la tierraexcavada y el peso de la estructura de la torreque iba siendo construida, lo cual representa unaadecuada tecnología de construcción en los casosen los casos en que las condiciones del sueloexigen cimentaciones tipo flotante.”
Fuente: Germán Samper, Ref. 5
Alzadas
Fuente: Roberto Londoño. Ref. 6
PLANTA DEL PRIMER PISO
Fuente: Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala. Ref. 7
PLANTA DEL MEZZANINE
Fuente: Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala. Ref. 7
10/08/2015
4
Plantas de los pisos típicos
Fuente: Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala. Ref. 7
• Tipo flotante. El peso del piso excavadoequivale aproximadamente a 25 pisos. Elterreno tiene que soportar entonces sólo los 15restantes. Se construyó una cimentaciónprovisional a nivel del cuarto sótano a medidaque se iban excavando los tres superiores.Consistía en seis enormes cajones (caissons)que soportan las ocho columnas básicas.
• La cimentación definitiva es una losa aligeradade concreto, postensionada, de 2 m de espesor.
Fuente: Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala. Ref. 7
Fuente: Germán Samper, Ref. 5
Fotos: La Construcción del Concreto en Colombia, Ref. 3
Foto: Cincuenta años en la construcción de Colombia, Ref. 1
Foto: Cincuenta años en la construcción de Colombia, Ref. 1.
Fotos arriba y derecha: Arquitectura colombiana en concreto Obras Maestras, Ref. 4
10/08/2015
5
El sistema estructural puede descomponerse en varias partes, que se ordenan a continuación, según su grado de importancia para la estabilidad del edificio:
• Columnas
• Placas Sismorresistentes
• Placas Típicas
• Cubierta
• Columnas de fachada
Son ocho, distribuidas así: cuatro en las
esquinas y cuatro en la zona central. Las cuatro
de las esquinas tienen aproximadamente la
forma de una “L” en su sección transversal. Las
de la zona central tienen sección rectangular.
Las ocho columnas están ligadas entre sí, por
vigas que constituyen con sus losas respectivas,
las placas sismorresistentes y las típicas.
COLUMNAS
Están formadas por vigas de gran altura que enlazanlas columnas, y por una losa maciza de 15 cm deespesor. Tales placas están localizadas en los nivelescorrespondientes al mezanine, y a los pisos 11, 20,28 y 35.
En las fachadas oriental y occidental, estas vigasenlazan las columnas exteriores correspondientes yque vigas diagonales las enlazan con las cuatrocolumnas centrales que tienen además sus propiasvigas de amarre.
Están constituidas por las vigas de las fachadas
oriental y occidental, y por vigas postensionadas
en voladizo que se apoyan sobre las columnas
centrales.
Estas vigas reciben elementos prefabricados en la
mayor parte del área de cada piso. El área central
y centro-occidental está constituida por una losa
fundida en el sitio de 15 cm de espesor.
Está formada por una losa de concreto fundida
en el sitio que se apoya en un marco perimetral
de concreto y en cerchas metálicas dispuestas en
dirección oriente-occidente.
El apoyo interior se redujo a 2 columnas, pues
las otras dos se eliminaron para tener un salón
amplio libre de columnas.
Se hicieron en concreto a la vista como
elementos simplemente decorativos y no se
les asignó ninguna función estructural.
Forman parte de una fachada flotante en
aluminio y vidrio.
10/08/2015
6
Fuente: Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala. Ref. 7
PLANTA ESTRUCTURAL DE UN ENTREPISO TÍPICO PLANTA ESTRUCTURAL DE UN ENTREPISO SISMORRESISTENTE
Fuente: Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala. Ref. 7
Pisos sismorresistentes:
Fuente: Germán Samper, Ref. 5
• 35• 28• 20• 11• Mezanine
Fotos: La Construcción del Concreto en Colombia, Ref. 3
Fotos: Cincuenta años en la construcción de Colombia, Ref. 1 Foto: Cincuenta años en la construcción de Colombia, Ref. 1
Foto: La Construcción del Concreto en Colombia, Ref. 3
10/08/2015
7
Foto: Historia del Arte Colombiano, Ref. 2
Julio 23 de 1973, SUCEDIÓ LO INESPERADO:
En Bogotá, ¡Incendio en las alturas!
Fuente: Germán Samper, Ref. 5
Incendio Edificio Avianca
Cortesía del
Ing. José Joaquín Álvarez
Biblioteca Virtual - Biblioteca Luis Ángel Arango. Banco de la República
10/08/2015
8
Biblioteca Virtual - Biblioteca Luis Ángel Arango. Banco de la República
El Decreto Distrital 1042 de 1987, salió en
parte por el Incendio del Edificio de Avianca
en el centro de Bogotá, el 23 de julio de
1973, que dejó un trágico saldo de 4
personas muertas, 63 heridos y varios pisos
de la edificación de 42 niveles, totalmente
destruidos. Derogado después de 20 años
por el Decreto 492 de 2007.
Artículo 18º.- Helipuertos. Todas las
edificaciones de diez (10) pisos en adelante,
deberán diseñar un helipuerto en la cubierta
de tal forma que sean posibles las labores
de rescate aéreo.
Foto: http://www.soho.com.co/testimonio/articulo/yo-sobrevivi-al-incendio-del-edificio-de-avianca/1371
Foto: http://www.soho.com.co/testimonio/articulo/yo-sobrevivi-al-incendio-del-edificio-de-avianca/1371
Esta norma y las imágenes delrescate de las personas conhelicópteros, hace pensar ycreer a muchos diseñadoresque es válido un diseño basadocon una evacuación por lacubierta. Este aspecto seencuentra derogadonormativamente ytécnicamente la cubierta no esválida como uno de los mediosde evacuación requeridosincluso en edificacionesexistentes.
- El tanque de agua superior estaba en mantenimiento por lo cualestaba desocupado.
- Las mangueras de bomberos no alcanzaban más allá de piso 14.- Falta de rociadores automáticos.- Falta de una adecuada señalización (mucha gente bajo hasta el sótano
buscando la salida)- Una de las puertas de salida de la escalera, en primer piso estaba
bloqueada.- Falta de escaleras presurizadas y seguras que ocasionó que la gente
no pudo evacuar por primer piso, además la puerta de la escalera ade ese piso aparentemente estaba bloqueada.
- Existía una espacio entre la fachada y los entrepisos por donde sepropagó el fuego.
- Parte de la rehabilitación consistió en colocar sellos cortafuego yrociadores
Deficiencias de protección de incendio
• Cuatro (4) personas fallecidas
• Sesenta y tres (63) personas heridas
• La población laboral era aproximadamente de
3000 individuos.
10/08/2015
9
• Providencialmente el incendio se inició poco
antes de la hora de entrada a las oficinas.
• Todos los sistemas previstos para combatir
incendios fallaron.
• El sistema de fachada del edificio, con
elementos separados de las losas, creó una
especie de chimenea en toda la periferia por
donde treparon las llamas.
• La investigación sobre el estado de la estructuracomenzó con una inspección ocular, durante lacual se tomó nota de las zonas estructurales másafectadas, y se recogieron muestras de materialesfundidos durante el incendio para tratar deestablecer límites de las temperaturas alcanzadas.
• La primera preocupación era el estado de lascolumnas como principal elemento portante y, ensegundo lugar, el de las placas sismorresistentes,ya que, en conjunto, estos elementos forman unmarco rígido destinado a resistir las cargashorizontales provenientes de viento o sismo.
• El estado de las placas típicas era de menorimportancia, pues están sometidas a momentosrelativamente bajos, y son de fácilreconstrucción.
• Lo mismo podía afirmarse de la cubierta,sostenida, ya se dijo, por una estructurametálica.
• En cuanto a las columnas de fachada, sóloimportaba su estabilidad y deterioro portratarse de elementos decorativos.
• En el curso de la inspección ocular, se observó que en una
de las columnas centrales del piso 14, el fuego provocó el
descaramiento de su cara este, quedando al descubierto 28
de las 118 varillas que constituía su refuerzo, y tres
estribos, uno de los cuales se había reventado (Figura 1).
• La columna vecina presentaba descascaramiento en una
esquina, pudiéndose ver la correspondiente varilla, y
ligero descascaramiento en su cara occidental (Figura 2).
• En todos los otros pisos, las columnas parecían estar en
buen estado, habiendo sufrido en su mayoría, tan sólo la
pérdida del pañete de recubrimiento (Figura 3).
Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla
Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla
10/08/2015
10
Figura 1 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8Figura 2 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
Figura 3 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
• El recubrimiento de concreto de las vigas
sufrió un descascaramiento, en algunos casos
de 2 cm de profundidad. Esta reducción es
muy pequeña, si se compara con la altura de la
viga (Figura 4).
• Las losas en algunas zonas presentaban
descascaramiento del recubrimiento en su
parte inferior (Figura 5).
Figura 4 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla
10/08/2015
11
Figura 5 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
• Vigas portantes en voladizo con refuerzo principalpostensionado. Algunas presentaban descascaramientodel recubrimiento inferior y no había indicio alguno dedeterioro de los cables postensionados. Las zonas de losanclajes aparecían en buena condición. (Figura 6).
• Placas de viguetas prefabricadas. En general parecíanestar en buenas condiciones. En contados casos, seapreciaba un deterioro del patín de las viguetas.
• Losas de la zona central y centro-occidental. En variospisos presentaban pérdida del recubrimiento inferior ydeflexiones notorias (Figuras 7 y 8).
Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla Figura 6 – Fotos tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
Figura 7 – Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8 Figura 8 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
10/08/2015
12
• La estructura perimetral, en concreto, no
presentaba deterioros superficiales importantes.
• Las cerchas metálicas que soportaban la losa
presentaban grandes deformaciones, todo tipo
de pandeo, y especialmente la falla de una
misma unión en todas ellas. Esto ocasionó un
descenso de 15 cm. en la zona correspondiente.
(Figuras 9 y 10).
Figura 9 – Foto tomada por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
Figura 10 – Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
• La primera reparación consistió en añadir a lacolumna más afectada del piso 14, una camisa deconcreto de 25 cm de espesor, en el costado quesufrió la pérdida del recubrimiento, y de 15 cm enlos otros tres costados. En el más afectado, se dejóuna ventana de 50x50 cm con el fin de podersacar tres núcleos de concreto que fueronensayados con buenos resultados.
• Simultáneamente se apuntaló la cubierta paraasegurar su estabilidad (Figura 15).
Figura 11 – Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla, Ref. 8
• Los daños en la estructura de concreto eranrelativamente menores y aparentemente sepodían reparar.
• El calor disminuyó la resistencia y el módulo deelasticidad del acero de las armaduras de lacubierta, causando un aumento en lasdeflexiones y otros efectos que hicieron fallarsus uniones y pandear los miembros.
10/08/2015
13
• El Dr. Doménico Parma, calculista de la obra, elaboró un
plan de trabajo en el que se indicaban las diversas
operaciones a efectuar antes de proceder con la reparación
definitiva de la estructura.
• Sistemáticamente se procedería a tomar niveles de los puntos
importantes de todos los pisos, se continuarían los ensayos
con esclerómetro y con ultrasonido, así como la toma de
núcleos y ensayo de los mismos. También se continuarían los
ensayos dinámicos.
• Además, se previeron ensayos de las viguetas prefabricadas,
de los cables de tensionamiento, y de las placas macizas. Se
esperaba dejar todo terminado a finales de diciembre y tener
planos definitivos en enero de 1974.
PLAN DE TRABAJO
Acero de las columnas principales
Existía preocupación pues se había utilizado acero derefuerzo trabajado en frío para obtener como valor nominalFy = 4200 kg/cm2, con elongación mínima del 10%.Registros de dicho acero en estado normal, obtenidosdurante la construcción de la obra, daban como valoresreales: Fy = 5270 kg/cm2, Fu = 5980 kg/cm2 y elongación10%.
Se cortaron 3 de las varillas expuestas al fuego del piso 14,y se les hizo ensayo de tensión. Se obtuvo como promedio:Fy = 5060 kg/cm2 , Fu = 5600 kg/cm2 y elongación 10%.Los resultados a pesar de la disminución observada todavíaestaban por encima del valor de Fy utilizado en los cálculos,por lo cual se consideraron satisfactorios.
Acero de las vigas de enlace
A la misma conclusión se llegó con el acero de lasgrandes vigas de enlace.
Acero de los estribos
Se había utilizado alambre liso con propiedadesreales: Fy = 2460 kg/cm2 , Fu = 3660 kg/cm2. Seensayaron muestras tomadas después del incendioobteniendo propiedades similares.
En consecuencia se concluyó que el acero ordinariode refuerzo no había sufrido daños que pudieranmermar la capacidad de los miembros.
10/08/2015
14
Acero de alta resistencia para pre y postensionamiento
Se habían utilizado torones de 1,27 cm de diámetro,constituidos por 7 hilos, contenidos en un tubo metálicoflexible e inyectado, fabricados por EMCOCABLES S.A.Su carga de rotura mínima era 16270 kg.
Se sacaron muestras de dos viguetas en las cuales el ductohabía quedado expuesto directamente al fuego pordestrucción del recubrimiento que lo protegía. Nueveensayos dieron una resistencia mínima de 7140 kg ymáxima de 8360 kg , valor que podría considerarse como elmínimo absoluto para aquellos casos en donde no habíahabido destrucción del recubrimiento.
Concreto de vigas y columnas
Preliminarmente se utilizó el esclerómetro para
detectar las zonas más afectadas.
La resistencia relativa de estos elementos se midió
luego con equipo de ultrasonido, calibrado en las
columnas que no habían sido afectadas por el
incendio. Los ensayos de ultrasonido se utilizaron
también para localizar posibles grietas.
Adicionalmente se tomaron seis (6) núcleos de concreto
de la parte más afectada por el fuego y se ensayaron a
compresión.
Al ensayar a la rotura los núcleos extraídos se obtuvo
una resistencia mínima de 316 kg/cm2 y máxima de 401
kg/cm2. Estos valores, aunque inferiores al promedio
obtenido durante la construcción: 352 kg/cm2 estaban
por encima del utilizado en los cálculos: 281 kg/cm2,
plenamente aceptables desde el punto de vista de la
seguridad.
En total se efectuaron 1500 registros de ultrasonido con
el fin de controlar la resistencia y hallar posibles fisuras
internas.
Los resultados fueron muy satisfactorios pues no se
encontraron valores inferiores a 316 kg/cm2 y no se
detectaron fisuras.
También se aplicó este ensayo a una de las vigas
transversales que había estado más expuesta al fuego,
con registros cruzados en el sentido de las diagonales a
todo lo largo de la viga, para estimar su comportamiento
ante esfuerzos diagonales. Los resultados fueron también
satisfactorios.
10/08/2015
15
Fuerzas de tensionamiento en los cables
Se diseñó un instrumento que permitía medir eltensionamiento en los cables mediante el registro de lafuerza necesaria para causar cierta deflexión en el cablemismo.
Se ensayó una viga de fachada del piso 19, las vigas envoladizo, varias viguetas y la placa de cubierta.
Viga de fachada
En la viga escogida el fuego había destruido elrecubrimiento y el tubo flexible había quedado parcialmenteexpuesto. Inicialmente los torones se habían tensionado a12730 Kg y considerando las diversas pérdidas deberíanquedar 9090 kg; el instrumento registró 10910 kg.
Vigas en voladizo
También habían sido tensionadas a 12727 kg y con las
pérdidas deberían tener como mínimo 7955 kg, valor
inferior al de las vigas de fachada por la pérdida adicional
debida a la curvatura. En un torón se obtuvo 8091 kg y en
el otro 7909 kg, valores considerados satisfactorios.
Viguetas
En el banco de prefabricación se habían tensionado a
11364 kg para un valor después de pérdidas, a tiempo
infinito, de 9091 kg. Se habían sobrediseñado para que un
valor de 7727 kg fuera aceptable.
Las fuerzas obtenidas después del incendio fueron:
1. En una vigueta que estuvo bastante tiempo expuesta alfuego y que tenia la aleta destruida, cosa que sólo sepresentó en dos casos: 5000 kg.
2. En una vigueta en condiciones mejores que representael 2% de todas las de la obra: 7955 kg y en otra similar7273 kg.
En conclusión si el hormigón se presentaba con aspectoaceptable se podía asegurar que el acero detensionamiento no había sufrido daños importantes ni ensu parte mecánica ni en su estado de tensión.
Placa de cubierta
Los cables utilizados estaban formados por seis (6)
torones de 0,63 cm de diámetro, tensionados a 15000 kg.
Se ensayaron un cable longitudinal en que la coraza había
quedado expuesta al fuego y otro transversal. Las fuerzas
respectivas registradas fueron 13181 kg y 18181 kg.
En todos los casos los torones se encontraban en buen
estado, sin muestras de oxidación.
Rigidez de los elementos
Para obtener mayor certeza sobre el posiblecomportamiento dinámico de la estructura, secontrató con la firma norteamericana Wiss, Janney,Eltsner Associates, Inc. la realización de pruebasdinámicas en ciertas zonas de la estructura.
Básicamente, tales pruebas consisten en producir unimpacto de magnitud conocida, y registrar mediante4 vibrómetros, colocados adecuadamente, larespuesta de esa zona de la estructura.
Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla
10/08/2015
16
Fotos tomadas por Jairo Uribe Escamilla
Equipo para registrar la vibración
Consultores:Wiss, Janney, EltsnerAssociates, Inc.Nueva York.www.wje.com
10/08/2015
17
Bogotá, septiembre de 1973
• Se reconstruyó el recubrimiento donde se habíaperdido. En algunas partes simplementepañetando y en otras fundiendo concreto in situ,utilizando un producto comercial para mejorar laadherencia y dejando anclajes mecánicos.
• La reconstrucción de la parte central se hizodemoliendo el hormigón de alrededor de lasviguetas longitudinales que soportaban la placa yésta parcial o totalmente para luego fundir nuevoconcreto en la zona.
• Como los ensayos de carga de las placas
mostraron adecuada estabilidad de las mismas
pero excesiva flexibilidad para un adecuado
funcionamiento, se diseñó un sistema de
rigidez con el cual se redujeron en un 50% las
deflexiones causadas por la carga viva.
10/08/2015
18
Seminario Nacional sobre Edificios de Gran Altura Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá, septiembre de 1973
REFERENCIAS
Efecto del Fuego en las Estructuras de Hormigón ArmadoMaría Lucy Giraldo, I.C., 1974
1. Cincuenta años en la construcción de Colombia: Camacol(1957-2007) - Cámara Colombiana de la Construcción,Bogotá, 2007; ISBN 978-958-98413-0-3.
2. Historia del Arte Colombiano, Tomo 7 – Salvat EditoresColombiana S.A., Bogotá, 1977; ISBN 84-345-3783-4.
3. La Construcción del Concreto en Colombia: Apropiación –Expresión – Proyección . Asociación Colombiana deProductores de Concreto, Asocreto, 1996; ISBN 978-958-97371-7-0.
4. Arquitectura Colombiana en Concreto Obras Maestras -Asociación Colombiana de Productores de Concreto,Asocreto, 1996.
5. Edificio Avianca- Germán Samper, 2013. http://germansamper.com/index.php?option=com_content&view=article&id=125
6. Edificio Avianca, Roberto Londoño. http://dearq.uniandes.edu.co/sites/default/files/articles/attachments/dearq_03_09_londono.pdf
7. Flashback – Edificio Avianca, Revista Escala, 2011. http://www.revistaescala.com/index.php?option=com_content&view=article&id=484:estructura-edificio-avianca&catid=101:archivo-historico&Itemid=151
8. Uribe Escamilla, Jairo. – Efectos del Fuego sobre la Estructura del Edificio AVIANCA - Memorias del Seminario Nacional sobre Edificios de Gran Altura, Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá 1974.
9. Giraldo Medina, María Lucy. – Efecto del Fuego en las
Estructuras de Hormigón Armado - Proyecto de Grado;
Consejeros: Jairo Uribe Escamilla y Luis Enrique Amaya
Isaza, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de los
Andes, Bogotá, 1974.
10. Video - www.historiagraficawordpress.com
¡MUCHAS [email protected]