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Structures

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  • El Hotel Burj Al Arab. Consideraciones de su desempeo estructural.

    Luis Fernando vila Higuera Arquitecto - Estudiante de Maestra en Construccin, Universidad Nacional de Colombia

    Jos Fabio Caicedo Lemus Administrador y Constructor Arquitectnico - Estudiante de Maestra en Construccin, Universidad Nacional de Colombia

    Javier Andrs Reyes Gaona Ingeniero Civil - Estudiante de Maestra en Construccin, Universidad Nacional de Colombia

    Carlos Alberto Tibaquir Quintero Arquitecto - Estudiante de Maestra en Construccin, Universidad Nacional de Colombia

    Mara Clara Villamizar Bermdez Arquitecta - Estudiante de Maestra en Construccin, Universidad Nacional de Colombia

    RESUMEN: El Hotel Burj Al Arab, ubicado en Dubai, Emiratos rabes Unidos fue concebido y construido debido a la necesidad econmica de convertir al emirato en un destino turstico, consi-derando que la actividad petrolera predominante en la regin, no perdurar. Con un clima bastante exigente (Tropical hmedo), el edificio ha debido ser diseado teniendo en cuenta consideraciones bioclimticas y sostenibles.

    El artculo presenta un anlisis estructural del edificio considerando los pro y los contra de los parmetros utilizados para su diseo, dando a conocer desde su interior a su exterior la caractersti-cas que lo hacen nico a nivel de hotelera, dado a las condicionantes de su localizacin se revisan aspectos importantes y aclaratorios que exponen uno a uno los comportamientos estructurales que genera la edificacin.

    ABSTRACT: The Burj Al Arab Hotel located in Dubai, United Arab Emirates was conceived and built due to the economic necessity of turning the emirate into a tourist destination, considering that oil activity prevalent in the region, will not last. With a fairly demanding climate (tropical wet), the building had to be designed considering bioclimatic and sustainable considerations.

    The article presents a structural analysis of the building considering the pros and cons of the pa-rameters used for design, announcing from the inside to the outside of the features that make it unique in the hospitality, given the constraints of location is revised clarifying important aspects that expose one to one structural behavior generates the building.

  • 1 INTRODUCCIN El Hotel Burj Al Arab, ubicado en Dubai, Emiratos rabes Unidos fue concebido y construido de-bido a la necesidad econmica de convertir al emirato en un destino turstico, considerando que la actividad petrolera predominante en la regin, no perdurar. Con un clima bastante exigente (Tropi-cal hmedo), el edificio ha debido ser diseado teniendo en cuenta consideraciones bioclimticas y sostenibles.

    El artculo presenta un anlisis estructural del edificio considerando los pro y los contra de los parmetros utilizados para su diseo, dando a conocer desde su interior a su exterior la caractersti-cas que lo hacen nico a nivel de hotelera, dado a las condicionantes de su localizacin se revisan aspectos importantes y aclaratorios que exponen uno a uno los comportamientos estructurales que genera la edificacin.

    2 RESEA DEL EDIFICIO La torre Burj Al Arab est localizada en Dubai. Emiratos rabes Unidos caracterizado por un clima tropical desrtico.

    Su promotor fue el jeque Mohamed Binrashid al Maktum, quien preocupado por lo limitado de las reservas de petrleo del pas, considero el turismo como una actividad econmica alterna y para el futuro, siendo as que concibe construir este hotel resort (1994 - 1999) con una rea de 120.000 m

    2construidos, erigido sobre una isla artificial de 5.060m

    2, a una distancia de 270 metros a la playa

    en el golfo prsico, conectada a tierra firme mediante una carretera. Su principal creador fue el ar-quitectoTom Wright.

    Su estructura est fabricada en acero (9.000 ton) y concreto reforzado (70.000m3) con 250 pilotes

    de friccin superficial en concreto reforzado con una longitud combinada de 10km + vigas de acero. Cuenta confachadas en vidrio (43.446m

    2) y fachada de tela (9000m

    2) en fibra de vidrio recubierta

    con tefln. Su altura es de 321ml al mstil, tiene 60 pisos y 202 suites dplex desde 169m2 a 780m

    2.

    Su aspecto formal es de vela de barco. La idea del edificio reconocido como un icono surgi de ver como emerga la silueta de un yate de vela en el horizonte (recordando las actividades del tra-bajo de recoleccin de perlas, propio de sus habitantes).

    3 TIPOLOGIA ESTRUCTURAL Y MATERIALIDAD

    Este edificio es considerado como con un exoesqueleto, es decir, el esqueleto externo de forma curva es el que le da su estabilidad, es un armazn riostrado formado por perfiles de acero y garan-tiza su estabilidad tanto por su forma triangular en planta como por la triangulacin de sus fachadas.

    Los cimientos de pilotes atraviesan la cama de arena y estn organizados en grupos concentrados

    entorno a los principales puntos de apoyo. El terreno ganado al mar se asienta alrededor de esta formacin. La prctica estructura base est decorada con un gran armazn exterior, un exoesqueleto que destaca por fuera de la estructura principal como elemento decorativo. Los componentes de este ensamblaje estilizado son curvilneos riostrados en diagonal. Este mecanismo superfluo se afila a medida que se extiende hacia arriba hasta llegar al tico, donde se ubica el restaurante, que se pro-longa hacia delante y a los lados en voladizo, a partir de esta interseccin con el ncleo destinado a circulacin vertical.

    Emplazado en una isla artificial Cuenta con mas de 240 pilares de 45 mts que soportan la estructura Se encuentra construido por un ncleo central Su estructura ppal esta compuesta de hormign Un exoesqueleto con una disposicin en v con brazos curvos

  • vila, Caicedo, Reyes, Tibaquir, Villamizar. 3

    Los brazos curvos estn construidos en acero Un sistema de riostras en acero que vinculan el exoesqueleto Diseado con forma aerodinmica para resistir el empuje del viento Su fachada principal cuenta con una cortina de DYNEON y DUPLON TEFLON

    VENTAJA:

    Su sistema de exoesqueleto da solides a la idea del arq. Tom Wright de crear una imagen

    insignia la cual es la vela de barco. Diseo con forma aerodinmica para resistir el empuje del viento. Sistema de riostras en acero que vinculan el exoesqueleto dan rigidez a la estructura. Sistemas de disipadores en diferentes puntos del exosqueleto para evitar vibraciones.

    DESVENTAJA

    Mientras la estructura en acero aporta a la esttica del edificio la estructura en concreto

    no, ya que en su proceso constructivo se cubre de manera que solo cumple funcin inter-na de estructura comn.

    EDIFICIOS SIMILARES Dado a su estructura mixta de exoesqueleto en acero y nucleo en hormign del BURJ AL ARAB,

    se puede apreciar que un edificio similar es el Turning Torso, del arquitecto Santiago Calatrava, es una torre de 190 metros de altura y 54 plantas situada en Malm. Es el edificio residencial ms alto de Suecia. La torre, que est inspirada en una escultura del propio Calatrava, representa un torso humano y se retuerce sobre s misma dando un giro de 90 grados desde la base hasta la planta ms alta.

    La estructura es mixta, de acero y hormign armado. El exterior est revestido en aluminio.

    En total son 54 los pisos y 147 las viviendas que, estructuradas en nueve cubos rotatorios, con-forman 'Turning Torso', cuyo principal elemento estructural es un ncleo de hormign armado. Su centro se corresponde exactamente con el eje de rotacin de las plantas, siendo tan complicada su estructura que obliga a que la fachada est doblemente curvada, al igual que las cerca de 2.250 ven-tanas planas y sus aproximadamente 2.800 paneles de aluminio.

    En el edificio hay nueve cubos dispuestos alrededor de un ncleo de hormign de 10,6 metros de

    dimetro, que funciona como la columna vertebral de la construccin, es decir, su centro correspon-

    de exactamente al eje de rotacin de las plantas.

    La espina dorsal del Turning Torso es un ncleo de hormign armado que se alza sobre una cimen-

    tacin de hormign (una caja cilndrica con 15 metros de profundidad y 30 metros de ancho), apo-

    yada en un lecho de roca caliza de 7 metros de profundidad. El dimetro del ncleo, de 10,6 metros,

    es constante desde los cimientos hasta la planta ms alta. Sin embargo el grosor del cilindro dismi-

    nuye a medida que la altura del edificio aumenta: empieza con 2,5 metros en la base y termina con

    0,4 metros en la parte superior.

  • 4 Maestra en Construccin 2do semestre de 2013

    4 ANALISIS DE CARGAS Y ESFUERZOS DE LOS ELEMENTOS

    4.1. Cargas gravitacionales. 4.1.1. Cargas Muertas: Son cargas permanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En

    esta categora se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al peso de los mate-riales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. Dentro de las cargas muertas tambin se pueden clasificar aquellos equipos permanentes en la estructura. En ge-neral las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad de los materiales. En nuestro caso.

    PESO ACERO (Kg)

    9,200,000.0

    0

    PESO CONCRETO (Kg)

    168,000,000

    .00

    PESO VIDRIO (Kg)

    3,258,450.0

    0

    PESO TELA (Kg) 22,500.00

    PESO MARMOL (Kg)

    2,160,000.0

    0

    PESO TOTAL (Kg)

    182,640,950

    .00

    AREA EDIFICIO (m2) 120,000.00

    PESO POR METRO CUADRADO

    (Kg/m2) 1,522.01

    Tabla x1. Peso materiales Burj Al Arab.

    Esto da un total de 1522 Kg/m2 15.2 KN/m2. Fuente: Elaboracin propia.

    4.1.2. Cargas vivas: Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupacin normal de la

    estructura y que no son permanentes en ella. Debido a la caracterstica de movilidad y no perma-nencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinacin es mayor. La determinacin de la posible carga de diseo de una edificacin ha sido objeto de estudio durante muchos aos y gra-cias a esto, por medio de estadsticas, se cuenta en la actualidad con una buena aproximacin de las cargas vivas de diseo segn el uso de la estructura. Por ser un hotel con un trfico alto de ocupan-tes en el Burj Al Arab la carga viva la asumimos como de 250 Kg/m2 2.5 KN/m2.

    4.2. Fuerzas ambientales.

    4.2.1. Cargas de viento: El viento produce una presin sobre las superficies expuestas, para el

    Burj Al Arab es un tema muy importante a considerar por ser un edificio implantado en una isla ar-

    tificial en la costa de Dubai.

    La fuerza depende de:

    Densidad y velocidad del viento, para nuestro caso Los vientos predominantes en Dubai, provie-

    nen principalmente desde el occidente y el noroccidente con velocidades de hasta 150k/h.

    En cuanto al ngulo de incidencia, como muestra la figura x1, es variable debido a que cae en el

    vrtice de la estructura y se reparte por las fachadas norte y noroccidente pasa fcilmente de los 90

    a los 30, razn por la cual la forma triangular y rigidez que le da a la estructura el exoesqueleto o

    macro prtico es determinante para este tipo de cargas.

  • vila, Caicedo, Reyes, Tibaquir, Villamizar. 5

    As mismo las superficies que reciben los vientos predominantes, son superficies planas princi-

    palmente vidrio y acero, en ambos casos materiales de baja rugosidad.

    Por la altura del Burj Al Arab, 321 metros, el viento juega un papel fundamental toda vez que a

    mayor altura mayor velocidad del viento.

    Fig 1 Fuente: Elaboracin propia.

    Para una estructura en general se deben calcular las cargas de viento que actan, en cualquier di-

    reccin, sobre:

    a. La estructura en conjunto, ncleo central y macro prtico.

    b. Los elementos estructurales individuales, por ejemplo una tela de fachada, aunque no sea la fa-

    chada de vientos predominantes, y aunque siempre se debe tener en cuenta el techo de la edifica-

    cin, por la configuracin del Burj Al Arab este punto se descarta, aunque nacen dos puntos dram-

    ticos para el tema vientos, el restaurante y el helipuerto.

    c. Las unidades individuales de revestimiento y sus conexiones, vidriera y cerchas de macro pr-

    ticos.

    4.2.2. Cargas de sismo: El sismo es una liberacin sbita de energa en las capas interiores de la

    corteza terrestre que produce un movimiento ondulatorio del terreno.

    Segn la U.S. Geological Survey, en el zona de afectacin ssmica de Dubai, debido a su pobla-

    cin en exposicin, estara clasificada en la Escala de Intensidad de Mercalli como un sismo VII es

    decir: Difcil de soportar. Muebles rotos. Luz Daos en la construccin de un buen diseo y cons-truccin, ligero a moderado en estructuras normalmente construidas; daos considerables en estruc-

    turas mal construidas o mal diseadas; algunas chimeneas rotas o muy daados. Notado por la gente

    al conducir automviles. (ver figura x2)

  • 6 Maestra en Construccin 2do semestre de 2013

    Fig x2x www.usgs.gov

    4.2.3. Cargas debidas a cambios de temperatura: Los cambios de temperatura producen dilatacio-

    nes o contracciones en la estructura general y en sus elementos componentes. Estos cambios pue-

    den producir o no fuerzas adicionales dependiendo del grado de restriccin de la estructura y de sus

    elementos, e Dubai los cambios de temperatura en un solo da son aproximadamente de 14, con lo

    como ejemplo podemos analizar el efecto sobre un elemento simple articulado en sus dos extremos,

    las cerchas diagonales del exoesqueleto. Para un ascenso de la temperatura el elemento trata de esti-

    rarse pero como sus apoyos restringen el movimiento lateral es imposible su deformacin

    axial. Para contrarrestar el efecto de alargamiento por temperatura se generan unas fuerzas de reac-

    cin que causan compresin del elemento y cuya magnitud es tal que produzcan la misma deforma-

    cin axial que produce el ascenso de temperatura. De esta manera podemos concluir que los efectos

    de temperatura dependen de las restricciones al alargamiento y acortamiento de la estructura en ge-

    neral y de sus elementos componentes, que para el caso de las cerchas diagonales del exoesqueleto

    del Burj Al Arab podra ser una variacin de aproximadamente 5 cm en un solo da, por lo que fue

    necesario disear un sistema de articulacin descentrada que permita pivotear la articulacin duran-

    te la variacin trmica de la estructura de acero. (fig x3)

  • vila, Caicedo, Reyes, Tibaquir, Villamizar. 7

    Fig x3x Dubai's Dream Palace Megastructures

    4.3. Esfuerzos en los elementos.

    4.3.1. Ncleo Central de Hormign (Estructura Primaria): Este elemento est sometido a esfuer-

    zos de compresin en los muros debido al peso del edificio, a torsin debido a que su geometra y

    los elementos externos a esta, restaurante y helipuerto hacen su centro de masas no coincida con su

    centro de rigidez.

    4.3.2. Exoesqueleto (Estructura Secundaria): Este elemento est sometido a esfuerzos de traccin

    en la cerchas diagonales principalmente, compresin en el arco externo y torsin en el conjunto in-

    herente a la torsin del ncleo central.

    4.3.3. Fachada en tela (Estructura Terciaria): Este elemento est sometido a esfuerzos de traccin

    en la membrana.

    Fig 4 Conceptos de fuerza-Burj Al Arab

    Fuente: Elaboracin propia.

  • 8 Maestra en Construccin 2do semestre de 2013

    5 CONCLUSIONES

    La torre Burj Al Arab tubo unos estudios preliminares muy importantes pensando en cada detalle estructural y su comportamiento, con su sistema de exoesqueleto que le da solidez a la idea del arq. Tom Wright de crear una imagen insignia la cual es la vela de barco, Diseo con forma aerodinmi-ca para resistir el empuje del viento, Sistema de riostras en acero que vinculan el exoesqueleto dan rigidez a la estructura, Sistemas de disipadores en diferentes puntos del exosqueleto para evitar vi-braciones, entre muchas cosas ms, hace que la estructura sea completamente resistente a distintos factores sin dejar atrs el diseo exclusivo que lo hace nico a nivel hotelero, es claro que los reque-rimientos del jeque eran bastante altos a nivel de esttica e ingeniera por esto se aplica la combina-cin de exoesqueleto de acero con ncleo en hormign obteniendo excelentes resultados en su com-portamiento.

    Se puede afirmar que la torre Burj Al Araba est pensada de manera correcta en todos sus aspec-

    tos estructurales, ofreciendo a Dubai uno de los mejores hoteles y sitio turstico para todo el mundo, teniendo en cuenta que este es uno el ingreso mas grandes que se tendr a futuro. REFERENCIAS

    http://espaciosenconstruccion.blogspot.com/2011/05/estructura-helicoidal-exoesqueleto_22.html

    http://es.wikipedia.org/wiki/Turning_Torso

    http://es.wikiarquitectura.com/index.php/Burj_Al_Arab

    http://www.usgs.gov

    dubai's dream palace megastructures

  • AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    LOCALIZACIN

    CONCEPTO FORMAL

    PLANTA TPICA ALZADOS SECCIN

    Edificio

    Nombre Burj Al Arab

    Tipo Rascacielos

    Coste 5.500 millones de

    dlares (U$)

    Direccin Jumeirah Beach Road

    Localizacin Dubi, Emiratos

    rabes Unidos

    Propietario Jumeirah Group

    International

    Construccin

    Inicio 1994

    Trmino 1999

    Dimensiones

    Altura 321 m (1053 ft)

    Superficie 120.000 m (1.291.669

    ft)

    Altura de la

    azotea 210 m (689 ft)

    Nmero de

    plantas 56

    N

  • AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    Macro prticos en acero

    TIPOLOGA ESTRUCTURAL

    MACROPORTICOS EN ACERO

    EXOESQUELETO

    NUCLEO CON MUROS EN

    CONCRETO ARMADO

    DATOS DEL BURJ AL

    ARAB

    ANCHO (m) 81.00

    ALTURA TOTAL (m) 321.00

    ALTURA MACROPORTICO (m) 280.00

    ALTURA NUCLEO (m) 205.00

    No. Pisos 60

    Altura piso (m) 3.4

    Deriva (m) 0.034

    RELACION H/ANCHO 3.96

    PESO ACERO (Kg)

    9,200,00

    0.00

    PESO CONCRETO (Kg)

    168,000,

    000.00

    PESO VIDRIO (Kg)

    3,258,45

    0.00

    PESO TELA (Kg)

    22,500.0

    0

    PESO MARMOL (Kg)

    2,160,00

    0.00

    PESO TOTAL (Kg)

    182,640,

    950.00

    AREA EDIFICIO (m2)

    120,000.

    00

    PESO POR METRO CUADRADO

    (Kg/m2) 1,522.01

    MODULO DE ELASTICIDAD

    CONCRETO 20000PSI (E.)

    520,000.

    00

    MODULO DE ELASTICIDAD

    ACERO (E.)

    2,100,00

    0.00

    = /

    Siendo el

    desplazamiento

    horizontal relativo o

    deriva y la altura del

    edificio.

    = . /= 1.06*10-4

    CORTANTE VUELCO Y

    DESPLAZAMIENTO

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    ARQ. LUIS FERNNDO VILA AYCA. JOS FABIO CAICEDO L ING. JAVIER REYES G ARQ. CARLOS ALBERTO TIBAQUIRA ARQ. MARIA CLARA VILLAMIZAR B

    CONTENIDO 1. PRESENTACIN GENERAL DEL PROYECTO 2. LOCALIZACIN 3. COMPORTAMIENTO ANTE FUERZA SSMICA 4. PARMETROS DE EVALUACIN 5. SISTEMAS DE DISIPACIN DE ENERGA 6. ANLISIS AERODINMICO 7. TIPOLOGIA ESTRUCTURAL 8. CONCLUSIONES REFERENTES

    BURJ AL ARAB. EMIRATOS RABES UNIDOS

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    Edificio

    Nombre inicial Burj Al Arab Hotel

    Tipo Rascacielos Super-Alto

    Coste 5.500 millones de dlares (U$)

    Direccin Jumeirah Beach Road

    Localizacin Dubi, Emiratos rabes Unidos

    Propietario Jumeirah Group International

    Coordenadas 250828N 551108E / 25.14111, 55.18556Coordenadas: 250828N 551108E / 25.14111, 55.18556 (mapa)

    Construccin

    Inicio 1994

    Trmino 1999

    Dimensiones

    Altura 321 m (1053 ft)

    N 202 Suites

    Superficie 120.000 m (1.291.669 ft)

    Altura de la azotea 210 m (689 ft)

    Altura de la ltima planta 197,5 m (648 ft)

    Nmero de plantas 56

    Nmero de ascensores 18

    Equipo

    Arquitecto(s) Atkins

    Ingeniero estructural Atkins e.Construct

    Ingeniero de servicios Atkins

    Contratista Al Habtoor Murray and Roberts Arabtec

    Promotor Jumeirah Group International https://plus.google.com/116663179315478363140/photos/photo/5922224872016572130?hl=es-419

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    https://maps.google.com/maps?expflags=enable_star_based_justifications:true&ie=UTF8&cid=12386347495841372973&q=Burj+Al+Arab&iwloc=A&gl=CO&hl=es-419

    LOCALIZACION

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    http://sp.ria.ru/infografia/20090416/121159439.html

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/dyfi/events/us/c000guh1/us/index.html

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    ACORDE CON LAS ROSA DEL VIENTO ANUAL DE DUBAI, PREDOMINAN LOS VIENTOS DEL OCCIDENTE Y NOR-OCCIDENTE.

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .1.1 LA PLACA DEBE SER UN DIAGRAMA RGIDO

    Las placas (elementos horizontales que deben ser muy rgidos), trasladan las fuerzas laterales a los muros ( elementos verticales resistentes al cortante)

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .1.2 FUERZA SSMICA

    Fuerza ssmica

    Fuerza ssmica

    Descomposicin de fuerzas

    FUERZA SSMICA ELEMETOS QUE ABSORVEN FUERZA SSMICA

    El ncleo rgido y los extremos tambin rgidos absorben el sismo independientemente de la orientacin de su procedencia.

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .1.3 ELEMENTOS MS RGIDOS ABSORBEN MS FUERZA

    RIGIDIZACIN ELEMETOS MS RGIDOS

    Las pantallas en concreto armado de los 3 extremos, junto con el mega-prtico con diagonales en acero son los elementos ms rgidos de la estructura.

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .1.4 RIGIDIZACIN EN LOS DOS SENTIDOS

    RIGIDIZACIN ELEMETOS RGIDOS

    Debido a que los efectos de sismo pueden ser preponderantes en cualquier sentido horizontal la estructura debe tener resistencia ssmica en dos sentidos ortogonales o casi ortogonales.

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    SIMETRIA

    SIMETRIA EN : 1 EJE EJES SOBRE LOS QUE HAY SEMETRIA EJES SOBRE LOS QUE NO HAY SIMETRIA

    3 .1.5 SIMETRIA FORMAL: EN PLANTA

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .1.5 SIMETRIA FORMAL: EN ALZADO SIMETRIA EJES SOBRE LOS QUE HAY SEMETRIA EJES SOBRE LOS QUE NO HAY SIMETRIA

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .1.5 SIMETRIA ESTRUCTURAL: CENTRO DE MASA Y CENTRO DE RIGIDEZ

    SIMETRIA

    CENTRO DE MASA

    CENTRO DE RIGIDEZ

    El centro de gravedad y de masa no coinciden. Hay una excentricidad mayor al 5%. Debido a que el edificio no puede ser excntrico se solucion esto con los elementos rgidos de los extremos.

    elementos rgidos elementos rgidos

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .2.1 IRREGULARIDADES EN PLANTA

    Sistemas no paralelos

    N

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .2.2 CONFIGURACIONES CON ESQUINAS INTERIORES

    Esquina interior, solventada a un tercio de la longitud de los mdulos que conforman las suites. Para que no se considere irregularidad se ha debido solventar a un tercio como mnimo

    Esquina interior

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    3 .2.3 IRREGULARIDADES EN ALZADO

    Piso dbil

    El piso sealado es ms rgido que los dems pisos y por esta razn es el ms propenso a fallar.

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    DATOS DEL BURJ AL ARAB ANCHO (m) 81.00

    ALTURA TOTAL (m) 321.00

    ALTURA MACROPORTICO (m) 280.00

    ALTURA NUCLEO (m) 205.00

    No. Pisos 60

    Altura piso (m) 3.4

    Deriva (m) 0.034

    RELACION H/ANCHO 3.96

    PESO ACERO (Kg) 9,200,000.00

    PESO CONCRETO (Kg) 168,000,000.00

    PESO VIDRIO (Kg) 3,258,450.00

    PESO TELA (Kg) 22,500.00

    PESO MARMOL (Kg) 2,160,000.00

    PESO TOTAL (Kg) 182,640,950.00

    AREA EDIFICIO (m2) 120,000.00

    PESO POR METRO CUADRADO (Kg/m2) 1,522.01

    MODULO DE ELASTICIDAD CONCRETO 20000PSI (E.) 520,000.00

    MODULO DE ELASTICIDAD ACERO (E.) 2,100,000.00

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    Para el anlisis de estructuras se tiene en

    cuenta la deriva, que es el desplazamiento

    relativo de entrepiso, ya que permite

    medir el grado de dao que puede tener la

    estructura de acuerdo a su rigidez.

    Para el clculo del cortante, vuelco y

    desplazamiento, se asumen algunos

    valores de acuerdo a las condiciones de la

    estructura, como del 1% para un edificio

    en altura con ncleo central con macro

    prticos rigidizadores, por lo tanto se

    puede calcular el ngulo de inclinacin

    vertical .

    = /

    Siendo el desplazamiento horizontal

    relativo o deriva y la altura del edificio.

    = 0.034/= 1.06*10-4

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    La relacin de esbeltez es 321/81 = 3.96. Su sistema estructural en una combinacin de ncleo central en concreto y macroprticos en el exoesqueleto que rigidizan el sistema. Es una estructura de 321 metros de altura.

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    Para el clculo de la rigidez de la estructura intervienen

    el ngulo de inclinacin vertical y el momento

    = /

    Y el momento involucra la masa, la distancia entre el

    empotramiento y el punto de aplicacin de esta como

    fuerza equivalente y la aceleracin ssmica del lugar.

    =

    = . . . , /

    = . .

    = . . /.

    = . . .

    Ahora se tiene que la frecuencia natural de la estructura

    W, est relacionada con la rigidez de la estructura K y con

    la masa M.

    = / ;

    = . . . /. . ;

    = .

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    MECANISMOS DE FALLA

    Los mecanismos de falla que podran intervenir en la estructura del Burj Al Arab son: 1. Excesiva deformacin e inestabilidad elstica. Este se podra producir en un elemento estructural esbelto del Burj Al Arab tal como son los muros sometidos a una carga de compresin suficientemente alta segn su eje longitudinal. El fenmeno de pandeo puede adoptar una forma global, es decir afectar a todo el componente como en el caso de una columna, o ser local afectando slo una parte de la estructura como ocurrira en el caso de una fabricacin con paneles en compresin donde slo alguno de tales paneles sufre pandeo.

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    MECANISMOS DE FALLA 2. Fatiga El fenmeno de fatiga es considerado responsable aproximadamente de ms del 90% de las fallas por rotura de uniones soldadas y precede muchas veces a la fractura rpida. Una discontinuidad que acta como concentrador de tensiones puede iniciar bajo cargas cclicas una fisura por fatiga que puede propagarse lentamente hasta alcanzar un tamao crtico a partir del cual crece de manera rpida pudiendo conducir al colapso casi instantneo de la exoesqueleto del Burj Al Arab. En presencia de cargas fluctuantes como puede ser el viento del golfo prsico, en el vrtice de discontinuidades geomtricas ms o menos agudas se produce un fenmeno de deformacin elasto-plstica cclica a partir del cual se produce la iniciacin de la fisura por fatiga. La condicin superficial y la naturaleza del medio cumplen un rol importante sobre la resistencia a la fatiga, esto es sobre el nmero de ciclos necesarios para que aparezca la fisura.

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    4.5.1 CARGAS POR VIENTO Los vientos predominantes en Dubai, provienen principalmente desde el occidente y el noroccidente con velocidades de hasta 150k/h. En cuanto al ngulo de incidencia, es variable debido a que cae en el vrtice de la estructura y se reparte por las fachadas norte y noroccidente, razn por la cual la forma triangular y rigidez que le da a la estructura el exoesqueleto es determinante para este tipo de cargas. As mismo las superficies que reciben los vientos predominantes, son superficies planas principalmente vidrio y acero, en ambos casos materiales de baja rugosidad. Por la altura del Burj Al Arab, 321 metros, el viento juega un papel fundamental toda vez que a mayor altura mayor velocidad del viento.

    Se deben calcular las cargas que actan, en cualquier direccin, sobre: a. La estructura en conjunto, ncleo central y macroprtico. b. Los elementos estructurales individuales, por ejemplo una tela de fachada, nacen dos puntos dramticos para el tema vientos, el restaurante y el helipuerto. c. Las unidades individuales de revestimiento y sus conexiones, vidriera y

    cerchas de macroporticos.

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    4.5.2 CARGAS POR SISMO

    El sismo es una liberacin sbita de energa en las capas interiores de la corteza terrestre que produce un movimiento ondulatorio del terreno. Segn la U.S. Geological Survey, en el zona de afectacin ssmica de Dubai, debido a su poblacin en exposicin, estara clasificada en la Escala de Intensidad de Mercalli como un sismo VII es decir: Difcil de soportar. Muebles rotos. Luz Daos en la construccin de un buen diseo y construccin, ligero a moderado en estructuras normalmente construidas; daos considerables en estructuras mal construidas o mal diseadas; algunas chimeneas rotas o muy daados. Notado por la gente al conducir automviles.

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    4.5.3 CARGAS DEBIDAS AL CAMBIO DE TEMPERATURA

    En Dubai los cambios de temperatura en un solo da son aproximadamente de 14, con lo como ejemplo podemos analizar el efecto sobre un elemento simple articulado en sus dos extremos, las cerchas diagonales del exoesqueleto. Para un ascenso de la temperatura el elemento trata de estirarse pero como sus apoyos restringen el movimiento lateral es imposible su deformacin axial. Para contrarrestar el efecto de alargamiento por temperatura se generan unas fuerzas de reaccin que causan compresin del elemento y cuya magnitud es tal que produzcan la misma deformacin axial que produce el ascenso de temperatura. De esta manera podemos concluir que los efectos de temperatura dependen de las restricciones al alargamiento y acortamiento de la estructura en general y de sus elementos componentes, que para el caso de las cerchas diagonales del exoesqueleto del Burj Al Arab podra ser una variacin de aproximadamente 5 cm en un solo da, por lo que fue necesario disear un sistema de articulacin descentrada que permita pivotear la articulacin durante la variacin trmica de la estructura de acero.

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    4.5. CARGA VERTICAL SOBRE EL SISTEMA

    Cargas Muertas: Son cargas permanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En esta categora se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad de los materiales. En nuestro caso. Es nos da un total de 1522 Kg/m2 15.2 KN/m2. Cargas vivas: Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupacin normal de la estructura y que no son permanentes en ella. Debido a la caracterstica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinacin es mayor. Por ser un hotel con un trfico alto de ocupantes en el Burj Al Arab la carga viva la asumimos como de 250 Kg/m2 2.5 KN/m2.

    PESO ACERO (Kg) 9,200,000.00

    PESO CONCRETO (Kg) 168,000,000.00

    PESO VIDRIO (Kg) 3,258,450.00

    PESO TELA (Kg) 22,500.00

    PESO MARMOL (Kg) 2,160,000.00

    PESO TOTAL (Kg) 182,640,950.00

    AREA EDIFICIO (m2) 120,000.00

    PESO POR METRO CUADRADO (Kg/m2) 1,522.01

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    Clculos de la sombra aerodinmica Anlisis aerodinmico

    Presin dinmica =1

    22; =

    1

    21.1218

    3(6

    )2

    P= 20.19 pa

    Presin Esttica =2

    16; =

    6

    2

    16

    =2.25 Presin total + = ; 2.25 +20.19 = = 22.44 Calculo de la sombra aerodinmica Ancho: 81 metros Alto: 321 metros

    =

    81

    321= 0.2523

    Sensibilidad del edificio frente a efectos dinmicos 2 d/b3

    h>100 si cumple con esta condicin h/d=321/81= 3.96 no cumple con la condicin

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    Amortiguador de masa sintonizado

    consiste en una masa, un resorte y un amortiguador viscoso, que colocado en el sistema vibrante principal atena las vibraciones no deseadas, cuando esta sintonizado con la frecuencia de la estructura principal.

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    El viento incide sobre el edificio, desde el nor-occidente, generando presin positiva en la fachadas norte y sur-occidente y presin negativa en la fachada sur-este Anlisis de presin en software. presin positiva en rojo y negativa en azul.

    SOTAVENTO (-)

    BARLOVENTO (+)

    BARLOVENTO (+)

    SOTAVENTO (-)

    N

    288MT= 3.5A

    A=82MT

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    A=82MT 1076.25MT=13A

    47

    8M

    T=

    5.8

    A

    28

    8M

    T=

    3.5

    A

    Sombra aerodinmica slo ancho y alto

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    82MT=0.3A 777.6MT=2.7A

    43

    2M

    T=

    1.5

    A

    28

    8M

    T=

    A

    Sombra aerodinmica relacin ancho/altura=0.3

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    Se toma la triangular porque es la que ms se ajusta a la geometra del Burj Al Arab, dando

    como valores de 0.0035 Relacin de forma en planta y desplazamiento

    Relacin forma en alzado y desplazamiento qv= 22.44 hn= 321 E= 520.000 concreto de 20000 psi J=(W+h2)/54400

    f=345.946.804

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    Ncleo en concreto armado y macro-prticos en acero . (Exoesqueleto)

    TIPOLOGA ESTRUCTURAL

    MACROPORTICOS EN ACERO EXOESQUELETO

    NUCLEO CON MUROS EN CONCRETO ARMADO

  • BURJ AL ARAB AVILA, CAICEDO, REYES ,TIBAQUIRA, VILLAMIZAR

    Macro-prticos . (Exoesqueleto en acero)

    TIPOLOGA ESTRUCTURAL MACROPORTICOS EN ACERO EXOESQUELETO

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    La torre Burj Al Arab tubo unos estudios preliminares muy importantes pensando en cada detalle estructural y su comportamiento, con su sistema de exoesqueleto que le da solidez a la idea del arq. Tom Wright de crear una imagen insignia la cual es la vela de barco, Diseo con forma aerodinmica para resistir el empuje del viento, Sistema de riostras en acero que vinculan el exoesqueleto dan rigidez a la estructura, Sistemas de disipadores en diferentes puntos del exosqueleto para evitar vibraciones, entre muchas cosas ms, hace que la estructura sea completamente resistente a distintos factores sin dejar atrs el diseo exclusivo que lo hace nico a nivel hotelero, es claro que los requerimientos del jeque eran bastante altos a nivel de esttica e ingeniera por esto se aplica la combinacin de exoesqueleto de acero con ncleo en hormign obteniendo excelentes resultados en su comportamiento.

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    PEREZ Varcacel, Juan; Estructuras en Altura, E.T.S.A. de La Corua.

    HSIEH, Yuan-Yu, Teora Elemental de Estructuras, Prentice Hall.

    CHOPRA, Anil K. Dynamics of Structures, Prentice Hall.

    www.usgs.gov

    http://espaciosenconstruccion.blogspot.com/2011/05/estructura-helicoidal-exoesqueleto_22.html

    http://es.wikipedia.org/wiki/Turning_Torso

    http://es.wikiarquitectura.com/index.php/Burj_Al_Arab

    http://www.usgs.gov

    dubai's dream palace megastructures

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