Secciones huecas en edificios de madera en altura (box-beams)

TFM Ricardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS DE MADERA EN ALTURA (BOX-BEAMS) TUTOR: Rafa Zuza 0. ABSTRACT 1. OBJETIVO DEL TRABAJO: RESUMEN PROPUESTA 2.ANTECEDENTESYANÁLISISDESISTEMASESTRUCTURALESDEMADERAENEDIFICACIÓNENALTURA 2.1.- Productos y tecnologías en madera para construcción estructural 2.1.1.- Glued-Laminated Timber (Glulam) o Madera Laminada Encolada 2.1.2.- Cross-Laminated Timber (CLT) o Panel Contralaminado 2.1.3.- Dowel Laminated Timber (DLT) 2.1.4.- Nail Laminated Timber (NLT) 2.1.5.- Forjados colaborantes de maderaHormigón, (TTC, Timber-Concrete Composite) 2.1.6.- Paneles LVL 2.2Normativa en la edificación en altura 2.3Evolución y actualidad de la EMA (Edificación de Madera en Altura) 2.4.- Breve repaso de los edificios de madera en altura más emblemáticos y descripción de su sistema constructivo 2.5.-Estrategias estructurales de la edificación en altura en acero y hormigón y comparativa con la madera 2.6Estrategias estructurales en la edificación en altura de madera 2.7-Trabajos de investigación desistemasestructuralesenaltura:SistemaFFTT deMichaelGreen (Green & Taggart, 2020) 3. ESTADO DEL ARTE 3.1Propuesta de un sistema estructural basado en secciones huecas de paneles de madera CLT 3.2Antecedentes en el estudio de las vigas cajón: Trabajos de investigación publicados. 3.2.1Trabajode YueChen,A.M.ASCE,FrankLam,M.ASCEpublicadoen2013,BendingPerformance of Box-Based Cross-Laminated Timber Systems. (Chen & Lam, 2013 3.2.2 Trabajo de Xiaofeng Suna, Minjuan Hea, Zheng Lia,⁎, Frank Lam: Seismic Performance assessmentofconventionalCLTshearwallstructuresandpost-tensionedCLTshearwallstructures (Sun, He, Li, & Lam, 2019) 3.3Antecedentes en el estudio de las vigas cajón: Obras realizadas 3.3.1 Cubierta piscina de Salamanca, Miguel Nevado 4. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Propuesta de un edificio en base a una planta tipo de partida 4.2 Uso de pilares y vigas cajón cajón en CLT como elemento rigidizador del núcleo y estructura: Adaptación de la estructura a la planta y busqueda de la sección de CLT 4.3 Modelización de la estructura: Dibujo del edificio en Cadwork 4.4 Cálculos preliminares 4.4.1 Cálculo del forjado mediante el software Calculatis 4.4.2 Cálculo de vigas de CLT de sección hueca de 13,5 mts de vano en Dlubal 4.4.3 Pruebas de pórticos en Laminate y comprobación de sección hueca similar en MLE 4.3.4 Parámetros de carga del edificio y cálculos preliminares 4.5 Modelado de la estructura doble vano en software de cálculo Dlubal 4.5.1 Modelado estructura doble vano en base al predimensionamiento REV 1 4.5.2 Resultados de cálculo de la estructura doble vano REV 1 4.5.3 Modelado de la estructura con pilares intermedios 4.6 Modelado y cálculo final de la estructura en Dlubal 4.6.1 Dimensionamiento y modelado de la estructura 4.6.2 Resultados finales de cálculo 5. CONCLUSIONES 5.1 Conclusiones del trabajo 5.2 Futuros campos de investigación 6. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA 6.1 Referencias y citas realizadas durante el trabajo por orden alfabético 6.2 Bibliografía utilizada durante el trabajo por orden alfabético 7. ANEXOS 7.1 Anexo 1: Cálculo de forjado mediante el software Calculatis 7.2 Anexo 2: Cálculo de vigas de CLT de sección hueca de 13,5 mts de vano en Dlubal 7.3 Anexo 3: Cálculo de sección equivalente 7.4 Anexo 4: Informe con resultados cálculo Dlubal INDICE TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 2 TUTORRafa Zuza SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 3 TUTORRafa Zuza 1. OBJETIVO DEL TRABAJO: RESUMEN PROPUESTA SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA DE MADERA Estamos viviendo un resurgimiento en el uso de la madera como material estructural en la construcción de edificios, especialmente en el caso de la edificación en altura. Varios factores están contribuyendo a este renacer de la madera: el desarrollo de nuevos materiales como el Panel Contra-laminado o CLT, la mejora de materiales ya existentes, encolados y uniones, nuevas tecnologías como el Control Numérico, amplia y rápida capacidad de producción, además de la menor cualificación necesaria en mano de obra para su producción e instalación, superación de tópicos como su afectación por el fuego y mayor degradación que otros materiales, y cambios en normativas está permitiendo su rápido desarrollo en su utilización como material estructural, trasladándose a una rápida evolución en cuanto a la altura conseguida por estas estructuras, donde en pocos años se han alcanzado las 18 plantas actuales, con previsión de duplicarla en varios proyectos. En el presente trabajo se comparan los distintos tipos de sistemas estructurales actualmente utilizados en los edificios en altura, y se propone un nuevo tipo, basado en las secciones huecas de madera como alternativa más sostenible a los sistemas con uso masivo de madera o sistemas mixtos con hormigón generalmente usados en la actualidad. En el presente trabajo se propondrán secciones huecas realizadas con paneles de madera para la formación de vigas, pilares, conexiones y núcleos de arriostramiento para edificación en altura, y se demostrará su viabilidad mediante el diseño y cálculo estructural de un edificio de 21 plantas realizado con el método propuesto. 0. ABSTRACT: BOX BEAMS AS STRUCTURAL SYSTEM IN TIMBER HIGH-RISE BUILDINGS We are experiencing a comeback in the use of wood as a structural material in the construction of buildings, especially in the case of high-rise construction. Several factors are contributing to this rebirth of wood: the development of new materials such as the Crosslaminated Panel or CLT, the improvement of existing materials, gluing and jointing, new technologies such as Numerical Control, wide and fast production capacity, in addition to the lower qualification necessary in labor for its production and installation, overcoming topics such as its affectation by fire and greater degradation than other materials, and changes in regulations are allowing its quick development in its use as structural material, moving to a fast evolution in terms of the height achieved by these structures. Currently the 18 stories have been reached, with plans to double it in a few years with several projects. In this investigation, the different types of structural systems currently used in high-rise buildings are compared, and a new type is proposed, based on timber box-beams as a more sustainable alternative to systems with massive use of wood or mixed systems with concrete or steel, generally used today. In the present work, box beams made with timber panels for the formation of beams, pillars, connections and bracing core for high-rise buildings will be proposed, and their viability will be demonstrated through the design and structural calculation of a 21-storey building made with the proposed method KEY WORDS: Timber Box Beams, Timber high-rise buldings, Wood efficiency in high rise buildings SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 4 TUTORRafa Zuza 2.1.1.- Glued-Laminated Timber (Glulam) o Madera Laminada Encolada Internacionalmente conocida como Glulam, es la principal tecnología usada en madera estructural. Su desarrollo se produjo con el descubrimiento de nuevos adhesivos que permiten un comportamiento estructural similar a la madera maciza. Se obtiene mediante el pegado de listones de madera de hasta 40 mm de espesor. a lo largo mediante finger joints y encolados entre sí con la fibra en la misma dirección mediante colas (actualmente libres de formaldehidos), lo que permite evitar las imperfecciones de la madera, así como alcanzar grandes secciones. Además permite su curvatura y realizar contraflechas, lo que permite salvar grandes luces con un peso mucho menor que un elemento del mismo volumen en un material tradicional. https://www.thebalancesmb.com/thmb/ywjYBh4-VzMtkypv91mOZduVz58=/1200x675/smart/ filters:no_upscale()/ewp_glulam-56af60b93df78cf772c3b57d.jpg SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 4 TUTORRafa Zuza 2. ANTECEDENTES Y ANÁLISIS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES DE MADERA EN EDIFICACIÓN EN ALTURA 2.1.- Productos y tecnologías en madera para construcción estructural La revolución en la construcción en altura en madera se produce como consecuencia de la capacidad de mecanizar e industrializar las piezas de madera, con la posibilidad de montar rápidamente los edificios y reducir drásticamente los tiempos de construcción, fiabilidad y control, la mejora en los materiales de encolados y elementos de unión, así como por la aparición y desarrollo de nuevos elementos constructivos basados en madera. En el presente capítulo se analizan alguno de estos elementos constructivos, los de mayor difusión y las posibilidades de utilización en las diferentes partes de la estructura de la edificación en altura. Entre los más utilizados encontramos los siguientes tipos: Cross laminated timber (CLT) – LVL Panels – Glue Laminated Timber (Glulam) – Timber-Concrete Composite (TCC). Image © StructureCraft SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 5 TUTORRafa Zuza Consiste en un panel formado por varias capas (mínimo tres) de madera aserrada. Cada capa se encola con la dirección de las fibras a 90º, con una disposición de capas simétrica. Esta disposición permite el trabajo del panel en las dos direcciones, por lo que sus paneles pueden utilizarse tanto como forjados, como de muros de de carga o cubiertas. Cuando es suplementado con nervaduras de madera laminada, pasa a denominarse RibPanel. 2.1.2.- Cross-Laminated Timber (CLT) o Panel Contralaminado Es una evolución de la madera laminada, y después de ella es el producto de madera más usado en la actualidad en la realización de estructuras de madera en la edificación residencial, ya sea en unifamiliares o en residencial devarias alturas, siendo ya habitual su uso estructural en edificios de madera de 4 a 10 plantas. Su extenso uso ha hecho que se le llegue a denominar como el “hormigón del siglo XXI” debido a su creciente popularidad. SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 5 TUTORRafa Zuza Imagen Panel CLT Egoin Andalucia TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 6 TUTORRafa Zuza Generalmente es madera de conífera, variando su especie y características mecánicas: Pino Radiata en el Norte de España, Picea Abis o Pino Silvestre en centro y Norte de Europa y Abeto Douglas en USA. Las ETA de los fabricantes más usados en Europa indican en general una resistencia de C24 Actualmente el uso del CLT solamente se permite en clase de servicio 1 y 2. 2.1.3.- Dowel Laminated Timber (DLT) El DLT o Madera Laminada mediante Pasadores (DLT) es un producto de madera que se puede usar especialmente para forjados, donde es particularmente eficiente para tramos horizontales pero también como elementos de pared o como elemento visto en techos, ya que se pueden realizar juntas pre-fresadas en el canto, creando un panel con un diseño arquitectónico muy flexible, y puede contener acústica preintegrada, así como conductos eléctricos y otras instalaciones Aunque no es muy conocido en Europa, actualmente solo disponible en USA, es un producto muy interesante con gran proyección, . Está conformado por paneles de madera maciza trabajando de canto en una dirección, utilizándose tacos de madera a modo de pasadores para un ajuste por fricción entre ellos. Los paneles DLT son el único producto de madera laminada que no implica pegamento ni clavijas de metal entre los distintos tableros ( solo cola en las finger joints), ya que los paneles DLT se producen por prensado y la inserción de pasadores de madera a una humedad mucho más baja que el resto de la madera, provoca un pretensado transversal al alcanzar la humedad de equilibrio 2.1.4.- Nail-Laminated Timber (NLT) Prácticamente sustituido por el DLT, similar a este último pero con los listones clavados entre sí. 2.1.5.- Forjados colaborantes de maderaHormigón, (TTC, TimberConcrete Composite) Permite aunar la ventaja de los dos materiales: la ligereza de la madera con la capacidad de trabajo y acústica de la masa del hormigón. El uso de la madera como base, tanto en CLT como con DLT (USA), a modo de encofrado del hormigón para la realización de forjados mixtos colaborantes mediante el uso de conectores de acero, permite mayor capacidad de carga, así como de la mejora del comportamiento acústico y ante el fuego del forjado. 2.1.6.- Paneles LVL Realizados en base a Madera Microlaminada, su obtención es un proceso similar al de la madera contrachapada. es un producto de madera en panel, obtenido laminando gruesas chapas de madera en dirección paralela a la veta. Las chapas de madera orientadas longitudinalmente son unidas con juntas en bisel y generalmente se fabrica en chapas de 3,2 mm de espesor. En algunos casos a los productos de LVL se les puede añadir de una a tres capas cruzadas para obtener mayor resistencia. Los grosores disponibles abarcan desde 21 mm hasta 75 mm, y en casos especiales hasta 150 mm. Actualmente la mayoría de la producción se destina a vigas de celosía o vigas formando parte de forjados. Ejemplo de su uso como forjados en edificios en altura es el edificio Mjøstårnet (edificio en madera más alto del mundo en la actualidad). https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0141029618338665-gr3.jpg (Abrahamsen & AS,2017) SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 7 TUTORRafa Zuza TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 8 TUTORRafa Zuza 2.2Normativa en la edificación en altura Hasta hace pocos años era muy restrictiva, pero con el cambio en la Normativa que afecta al el Código Internacional de Construcción (International Building Code - IBC), con entrada en vigor en 2021 se va a abrir la posibilidad de realizar un mayor número de edificios en altura en el futuro: 1. La normativa diferenciará entre tres tipos de construcción: 2. Edificios hasta 18 pisos, con elementos de madera protegidos con enlucido o placas de yeso (Tipo IV-A), 3. Edificios menor o igual a 12 pisos, con paredes y techos de madera expuesta (Tipo IV-B) 4. Edificios demáximo 9pisos,resistente alfuego de2horas(TipoIV-C). En España, el máximo condicionante lo impone el CTE y Eurocódigo 5, en el DBSI indicando condiciones de resistencia y estabilidad al fuego de acuerdo con el uso del edificio, así como de la altura de evacuación sobre rasante. ©Think Wood El CLT en la Normativa española: El CLT es un material relativamente novedoso y hasta el año 2016 cada fabricante tenía su propio DITE o ETA (Documento de Idoneidad Técnica Europeo / European Technical Approval) que explica las características del producto y sus requisitos de fabricación y uso para la obtención del marcado CE. Desde 2016 la norma UNE-EN 16351:2016 regula a nivel europeo la caracterización estructural del producto, los controles de producción y los requisitos para la obtención del marcado CE. En cuanto al cálculo estructural, las estructuras de CLT deben cumplir las exigencias de seguridad estructural requeridas en el CTE (Código Técnico de la Edificación) que también se exigen a otros materiales estructurales como el acero, el hormigón o la fábrica. Puesto que el CLT aún no ha sido incluido de forma específica en la normativa de cálculo de estructuras de madera, como puede ser el CTE DB SE-Madera, para el cálculo de la resistencia del material se utiliza el Método Gamma recogido en el Eurocódigo 5. (Las diez claves para dominar el diseño de edificios de clt. 2019). 2.3Evolución y actualidad de la EMA (Edificación de Madera en Altura) La edificación en madera está experimentando un crecimiento vertiginoso en todo el mundo; después de haberse reducido su uso como material estructural prácticamente a pequeña edificación residencial, renace en la actualidad siendo alternativa al uso del acero y hormigón como material estructural en todo tipo de tipologías de edificación. El desarrollo de nuevas tecnologías y materiales; la posibilidad de mecanización y prefabricación mediante su industrialización, el compromiso con el cambio climático, y el cambio normativo de ciertos códigos de la edificación, como el IBC (International Building Code), está posibilitando su desarrollo en proyectos en altura como alternativa al acero y hormigón. Los siguientes datos nos dan una idea de su reciente desarrollo y rápida evolución de su uso en la edificación en altura: Según el CTBUH (Council of Tall Buildings and Urban Habitat), en 2008 solo había un edificio en estructura de madera que sobrepasara las 8 plantas, y hasta 2018, excluyendo edificaciones históricas, se habían realizado en todo el mundo solamente 17 edificios de más de 7 plantas en madera, de los cuales solo unos pocos construidos entre 2009 y 2015 superaban las 10 plantas de altura. En la actualidad, en todo el mundo se están realizando edificios en altura, siendo los siguientes los más altos y emblemáticos ya construidos: Imagen 11. Fuente imágenes: CTE, Ministerio de Fomento, AITIM. | Autor montaje imágenes: María Sánchez Ontín (elaboración propia) SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 9 TUTORRafa Zuza 16 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TUTORRafa Zuza 2.- Pantallas o muros de cortante: Es una evolución del sistema de arriostramiento para rigidizar pórticos, mediante el cual, se rellena o maciza el marco ocupado por el arriostramiento, obteniendo el concepto de pantalla o muro de cortante. Se proyectan dichas pantallas en varias direcciones para absorber acciones laterales y esfuerzos torsores. Su esquema y dominio de aplicación es semejante a los pórticos arriostrados. Se considera demasiado rígido y con falta de ductilidad respecto a acciones sísmicas (es paliado con el uso de amortiguadores), por lo que en general se usa hasta las 35 plantas, aunque se ha usado en edificios de gran altura como las Torres Petronas. En la construcción tradicional de madera es el sistema usado en edificios en altura antes de la aparición del acero y hormigón como sistema estructural. Apoyándose en paredes portantes de piedra o ladrillo, o macizando los marcos de las triangulaciones se alcanzaban las seis, incluso ocho plantas sin problema, como se puede ver en los cascos históricos de muchas ciudades. Es el tipo de sistema usado en el caso del CLT, en el cual el propio panel realiza la función de arriostramiento horizontal y vertical, tanto en su uso en forjados como en muros.. La combinación de este sistema con el anterior es el usado en estructuras mixtas de hormigón madera en edificios como el Brock Commons de Vancouver, por el que se realiza un núcleo de hormigón para absorber los esfuerzos horizontales, dejando al sistema de pórticos la transmisión de esfuerzos verticales. 3.- Sistema de pantallas acopladas: En caso de mayor altura, habría que aumentar el canto de las pantallas, con consiguiente pérdida de funcionalidad de la planta, por lo que se abren huecos en las pantallas uniéndolas en cada planta mediante forjados o vigas en común, comportándose como una viga de gran canto pero con flexibilidad a cortante gracias a la posibilidad de flexión de los elementos entre pantallas. Al combinarse con los pórticos se suman las cualidades de los dos tipos anteriores, transmitiendo a los pórticos los esfuerzos verticales y a las pantallas los horizontales. Con este sistema se pueden superar las 50 plantas. (Miguel Ángel Astiz Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. E.T.S. Ingenieros de Caminos, & Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid, ) 4.- Estructuras tubulares: Abarca las estructuras tipo tubo, y tubo en tubo, tubo múltiple y tubo arriostrado. Responde de forma natural al concepto del edificio como ménsula sometida a las acciones horizontales, dando lugar a las secciones de pared delgada óptimas para resistir flexión en construcción metálica, con eficacia frente a torsión, al desplazar las columnas a la fachada incrementa el Momento de inercia del edificio. Introducido por Fazlur Khan, la mayor parte de edificios de más de 50 plantas deben utilizar este esquema u otro similar. Se concentran los esfuerzos de flexión en las columnas de esquina, y su importancia depende de la geometría del conjunto y de la rigidez de las vigas horizontales 5.- Tubo en tubo: Es una variante del sistema anterior: Se dispone de un núcleo de servicios en el centro y un anillo exterior al haberse desplazado las columnas a fachada con la función indicada anteriormente. El efecto del cortante es mayor conforme aumenta la altura del edificio. Para remediarlo se usan pantallas intermedias que reparten los esfuerzos de flexión: solución de tubo múltiple 6.- Tubo arriostrado: Alternativa al tubo porticado, se rigidiza cada plano exterior mediante elementos diagonales que convierten esos planos en celosías, reduciendo esfuerzos de flexión pudiéndose reducir el canto de las vigas horizontales, aunque los elementos diagonales interfieren en el diseño de la fachada. Edificio John Hancock de Chicago de 344 mts. Es el sistema utilizado en el edificio más alto del mundo, el Mjostarten de Noruega, realizado íntegramente en madera mediante este sistema 7.-Celosías espaciales: Necesitan de unas columnas de gran sección en vértices y sistemas de montantes y diagonales, pero diseño difícil en los nudos por la magnitud de las fuerzas, a diferencia del anterior hay pocas columnas principales que se limitan a ser los cordones de la celosía En el caso de la madera es el sistema usado por varios de los edificios en fase de proyecto ,o desarrollos teóricos, como el proyecto River Beech W350 (Tokio) de 350 mts de altura . En resumen, según número de plantas la estrategia estructural ha sido la siguiente: SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 17 TFMRicardo de Miguel TUTORRafa Zuza SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 18 TUTORRafa Zuza 18 SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TUTORRafa Zuza “Consideración de las acciones de viento en la arquitectura, implicaciones del diseño desde el elemento estructural hasta el entorno urbano”Dr. Iñigo Calderón Uríszar-Aldaca, Ph.D. 2.6Estrategias estructurales en la edificación en altura de madera Según el CTB, se considera que un edificio tiene estructura de madera, cuando los elementos principales estructurales, tanto vertical como lateralmente, así como los elementos estructurales de forjados están construidos con madera. En todos los edificios de estructura de madera se puede incluir el uso puntual de elementos de otro material distinto a la madera para la conexión entre elementos de madera. Edificios de madera con un sistema de forjado de planchas de hormigón o el uso de losas de hormigón sobre vigas de madera se considera también una estructura de madera ya que el hormigón no está trabajando como estructura primaria (Ctbuh height criteria). Analizando las estructuras utilizadas en los edificios de madera en altura , se pueden indicar básicamente tres esquemas estructurales diferentes: 1.- Sistema mixto: Se basa en uno o varios núcleos de hormigón para la transmisión de los esfuerzos horizontales, realizándose el resto de la estructura con sistema de pórticos de madera laminada o CLT y forjados de CLT o LVL. Ejemplo del edificio Broock Commons, no se puede considerar que sean edificios realizados 100% en madera 2.- Sistema en celosía tipo tubo: Arriostramiento del edificio mediante elementos diagonales realizados en madera laminada, siguiendo el esquema tubo, se comporta como una celosía capaz de transmitir los esfuerzos horizontales. Implica mayores dimensiones de las secciones de madera pero evita tener que disponer de un sistema mixto, aunque en algún caso se deben disponer de forjados de hormigón en las plantas superiores para limitar las oscilaciones debidas al viento . Es el sistema con el que se han alcanzado las mayores alturas en construcción en madera hasta la fecha, siendo el sistema empleado en los edificios Treet y Mjostarten, ambos en Noruega. 3.- Panel CLT para la realización de muros portantes (Shear Wall) y forjados, usándose el mismo panel como arriostramiento de esfuerzos horizontales y la transmisión de los verticales. Siguen el sistema Platform Frame, tiene el inconveniente de limitar enormemente el diseño de las plantas e imposibilitar su versatilidad. Se ha usado en edificios como máximo de 12 pisos, pudiendo alcanzarse como máximo los 15 según la relación con el peso estructural y su posible aplastamiento. Sistema empleado en los edificios pioneros de madera en altura: Stadhouse, Forte, The Cube. Estructura mixta: Brock Commons Estructural celosía tipo tubo: Mjøstårnet Estructura en CLT SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 19 TUTORRafa Zuza SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 19 TFMRicardo de Miguel TUTORRafa Zuza 20 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TUTORRafa Zuza 2.7Trabajos de investigación de sistemas estructurales en altura: Sistema FFTT de Michael Green (Green & Taggart, 2020) Entre los trabajos de investigación realizados sobre las posibilidades y sistemas estructurales para la construcción en altura, uno de los más interesantes es el realizado por el arquitecto Michael Green, en su trabajo The Case for Tall Building, estudia la evolución de los edificios en altura teniendo en consideración las limitaciones de los sistemas utilizados hasta la fecha y propone varias esquemas estructurales para edificios de 20 y 30 plantas realizados mediante el sistema denominado FFTT. En su trabajo deduce que en un edificio de 12 plantas se produce un aplastamiento de 31,2 mm debido a la compresión perpendicular a la fibra, proponiendo varias configuraciones diferentes para la transmisión de cargas verticales e indicando que se debe realizar un núcleo rígido con un sistema ductil en fachada, con uso de perfiles de acero en la misma. El sistema propuesto por Michael Green fue pionero en aprovechar las ventajas de cada tipo de tecnología de madera aplicada a la edificación en altura, pero de cara a su aplicación en los edificios en altura creo presenta las siguientes limitaciones: •La planta propuesta es de superficie pequeña (25x22 mts) con un núcleo muy reducido de comunicaciones (tan solo dos elevadores para 20 plantas). •Los paneles de fachada y las pantallas interiores limitan mucho el diseño exterior del edificio, así como su uso. 3.- ESTADO DEL ARTE 3.1Propuesta de un sistema estructural basado en secciones huecas de paneles de madera CLT La evolución de la edificación en altura debe dar lugar a nuevas formas estructurales. En la actualidad el incremento en altura de los edificios, y por tanto de los esfuerzos a soportar se está solucionando mediante sistemas mixtos madera-hormigón o mediante el uso de vigas laminadas de grandes dimensiones (1485x625 mm) cuando el sistema estructural se compone solamente de madera (edificio Mjostaten, Noruega). La propuesta del presente trabajo es una nueva estrategia estructural basada en la sustitución de elementos estructurales de gran escuadría (vigas, pilares, arriostramientos) usados en la edificación en altura: por secciones huecas realizadas en panel de madera (box-beams) Al igual que el acero evolucionó hacia estructuras tubulares para aumentar el momento de inercia, ahorrando en el consumo de material material, el objetivo es realizar el estudio del comportamiento de las secciones huecas en panel de madera, analizando su capacidad estructural en edificios de madera en altura. Como los árboles usan las fibras verticales para resistir las acciones mecánicas y llevar su alimento a las distintas partes de la planta, se podría aprovechar la forma hueca de dichas secciones para el paso de instalaciones y comunicaciones entre las diferentes partes del edificio. El presente trabajo buscará encontrar las formas más adecuadas para dichos elementos obteniendo en consideración investigaciones publicadas así como proyectos realizados con el uso del CLT como vigas cajón. El desarrollo de la investigación se realizará a a través de los siguientes puntos: A) Investigaciones realizadas en el campo del CLT y búsqueda de proyectos similares realizados. B) Propuesta de una forma estándar para pilares y vigas cajón como base de partida del análisis, posibles conectores para transmisión de esfuerzos. C) Aplicación en dimensiones de planta estándar de un edificio en altura realizado con otro material. D) Cálculo de la capacidad estructural mediante la modelización de dicho edificio. E) Otras ventajas: libertad de diseño en fachadas del edificio, Brise Soleil, posibilidad de uso de los elementos huecos para el paso de instalaciones del edificio. SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 21 TFMRicardo de Miguel TUTORRafa Zuza 22 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TUTORRafa Zuza 3.2Antecedentes en el estudio de las vigas cajón: Trabajos de investigación publicados. 3.2.1 Trabajo de Yue Chen, A.M. ASCE, Frank Lam, M.ASCE publicado en 2013, Bending Performance of Box-Based Cross-Laminated Timber Systems. (Chen & Lam, 2013) Se realizan ensayos con paneles laminados con sus fibras en distintas orientaciones, así como forjados tipo vigas cajón realizados con dichos paneles: Concluyen que para ciertos esfuerzos, la orientación de las fibras del tablero de CLT a 45º, mejoraban notablemente sus capacidades mecánicas, con una relación EI mayor al 72% con respecto a otros paneles: Así como en su utilización en cajones, con una resistencia a la flexión y cortante muy superior a otros sistemas, e indicando que se debería desarrollar su uso comercial. No existen comercialmente este tipo de placas en CLT, pero se podría realizar el corte a 45º mediante control numérico de placas comercialesy encolado posterior, pero tendría un gran sobrecoste. Finalmente no uso este trabajo en el TFM, por su no disponibilidad comercial y dificil modelizado en dlubal, pero su uso en los núcleos de arriostramiento de los ascensores ahorraría sección en la madera. 3.2.2 Trabajo de Xiaofeng Suna, Minjuan Hea, Zheng Lia,⁎, Frank Lam: Seismic Performance assessment of conventional CLT shear wall structures and post-tensioned CLT shear wall structures (Sun, He, Li, & Lam, 2019) En dicho trabajo se demuestra las ventajas de post-tensionar paneles de madera cada 2 plantas como ventaja en comportamiento de madera en edificios altos (a partir de 8 plantas) ante el seismo. Creo que su ejecución es fácil de acuerdo con las ventajas de seguridad estructura que pueden presentar para centrar las cargas en el núcleo del edificio. Se podría estudiar su aplicación a los paneles de madera del núcleo de arriostramiento, aunque finalmente no uso este trabajo en el cálculo estructural del TFM, pero creo que en la construcción de un edificio en altura, aportarían muchas ventajas el añadir elementos de estas características en zonas sísmicas, sobre todo. 3.3Antecedentes en el estudio de las vigas cajón: Obras realizadas 3.3.1 Cubierta piscina de Salamanca, Miguel Nevado Realización de la cubierta de as piscinas de Salamanca mediante el uso de vigas de CLT de 27 mts de longitud unidas por tirafondos. Este proyecto es el que me dio la idea del posible uso del CLT para formar vigas y pilares en edificios en altura. Software de cálculo: Axis (Miguel Nevado). SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 23 TFMRicardo de Miguel TUTORRafa Zuza 4.- DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Propuesta de un edificio en base a una planta tipo de partida Como base de partida del análisis y para analizar las soluciones en una estructura, se propone una planta estándar en un edificio en altura de más de 20 plantas, para ver como se pueden disponer los pilares/ vigas cajón y cada cuantas plantas se pueden realizar uniones y conexiones. Se propone la planta del edificio de BIG proyectado en Frankfurt como punto de partida para probar los elementos propuestos, adaptándola a la construcción en madera. EDIFICIO METZ FRANKFURT 185 Autores: BIG (Bjarke Ingels Group) SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 24 TUTORRafa Zuza 4.2 Uso de pilares y vigas cajón cajón en CLTcomo elemento rigidizador del núcleo y estructura: Adaptación de la estructura a la planta y busqueda de la sección de CLT Originalmente se opta por el uso de un panel de CLT estándar de 2,95 mts de anchura por 16 mts de longitud para la búsqueda de la dimensión y forma más adecuada de los elementos estructurales, para lo que se estudian diferentes opciones, posteriormente se verá que por transporte la dimensión máxima de un panel de be ser de 13,50 mts. • Diseños preliminares Se opta por un CLT 160 5s, con dos tipos de secciones: 1070x720 en los pilares y vigas del anillo de compresión externo y 720x720 internamente en pilares y vigas, siendo en este caso una U para el paso de instalaciones, cerrándose en su parte superior por el propio forjado de CLT, permitiendo de esta forma la posibilidad de algún tipo de registro a instalaciones que pasen por su hueco. Asimismo se van diseñando los conectores para la unión de los elementos estructurales:, mediante una serie de elementos de unión con patillas, que permitan un fácil montaje a pie de obra y su posterior elevación para pre industrializar el montaje lo máximo posible. Deberán asumir la trasmisión de cargas verticales a la cimentación, Los paneles a su vez se unirán mediante tirafondos de diámetro 10 L200 a 45º de la fibra. Se diseña originalmente el forjado como cierre de las vigas en su parte superior para acceso a instalaciones. Durante el cálculo se comprueba que la deformación de los forjados produciría una torsión grande en las vigas, por lo que es mejor realizar accesos puntuales según tensión soportada. BOX BEAM 92X64 Y BUSQUEDA CONECTORES SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 25 TUTORRafa Zuza 4.4.3 Pruebas de pórticos en Laminate y comprobación de sección hueca similar en MLE Originalmente se pretendía modelizar todo el edificio mediante el módulo Laminate, pero se comprueba durante el cálculo de varios pórticos que es inviable la realización del modelado y cálculo de todo el edificio mediante este sistema, por lo que se opta por la utilización una barra sección hueca equivalente en Madera laminada para poder modelizar todo el edificio en el programa. A) Modelado y cálculo de un pórtico en RF-Laminate (Dlubal): B) Modelado e intento de cálculo de varios pórticos en RFLaminate (Dlubal): 32 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TUTORRafa Zuza C) Búsqueda de barra de sección equivalente y comprobación en RFEM y Timber Pro (Dlubal): Se consideran las siguientes cargas, CC1: 8 KN/ml + peso propio CC2: 16 KN/ml sobrecarga uso HSV 900/720/200/200/200 cumple Indice max: 0,84 a cortante 4.4.4 Parámetros de carga del edificio y cálculos preliminares A) Pruebo a realizar unos predimensionamientos en diversos programas como Estrumad, ya que es muy fácil modelizar en ellos, pero finalmente se opta por Dlubal programa de Elementos Finitos qe permite calcular superficies de madera como el CLT, en mi caso fundamental, ya que el arriostramiento del edificio depende de los núcleos de comunicaciones verticales realizados con paneles de CLT. SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 33 TFMRicardo de Miguel TUTORRafa Zuza B) Primeros modelizados en Dlubal: C) Cálculos preliminares en Dlubal: Se comienza analizando el edificio en Peso Propio para ver como se comporta el edificio y por donde se están distribuyendo las cargas. Modelizado 1 planta Levantamiento 20 plantas Modelado de una planta partiendo el vano de gran luz en dos D) En cuanto se introducen las cargas del edificio el programa es incapaz de procesar la información, y se obtienen resultados con grandes disparidades. E) Se remodela el edificio planta por planta y con pórticos intermedios tras la última corrección y atribuyo los malos resultados a singularidades por huecos, barras dobles y fallos en modelizado. El edificio ocupa y 950 Mb y falla el procesador. TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 34 TUTORRafa Zuza 4.5 Modelado de la estructura doble vano en software de cálculo Dlubal 4.5.1 Modellado estructura doble vano en base al predimensionamiento REV 1 •CONSIDERACIONES PREVIAS: Se usa la versión de Dlubal RFEM-18 en vez de la RFEM-22, ya que permite la designación de superficies individualmente para el cálculo. •CARGAS CONSIDERADAS: CC1: Peso Propio + Carga permanente (1,2 KN/m2) CC2: Sobrecarga de Uso: Cat B Administrativo Oficinas (2,0 KN/m2) CC3: Nieve < 1000 mts (1,0 KN/m2) CC4: Viento: Presión +1,57 KN/m (0,95 KN/m2) Succión -0,891 KN/m (0,544 KN/m2) RF-LAMINATE •FORJADOS Se asigna CLT 200 de 5 capas y se dividen las superficies en 2,5 mts x8 mts para asimilarlas lo máximo posible a un panel de CLT. •MUROS DE ARRIOSTRAMIENTO Serán los elementos que absorban todas las acciones horizontales y las transmitan al terreno en su parte inferior. Asignación originalmente de CLT 160 de 5 capas. A su vez se dividen las superficies en paneles verticales. Como la altura de cada planta es >2,95 se utilizarán paneles con la orientación de las capas exteriores en vertical, de suelo a techo. •EF Y REFINAMIENTOS DE MALLA: La división en elementos finitos se realizará con una malla grande, de 5 mts, salvo para los elementos concretos o puntos singulares que se quiera estudiar, donde se realizará un refinamiento de malla a 0,5 mts. SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 35 TUTORRafa Zuza •ARTICULACIONES LINEALES ENTRE PANELES Se realizan articulaciones lineales en las juntas entre paneles, tanto verticales como horizontales, a lo largo de su eje x. Para ello los ejes z locales de todas las superficies deben estar orientados en la misma dirección. •UNION BARRAS RIGIDAS DE PILARES A MUROS DE CLT Al haber usado barras equivalesntes como pilares, en vez de paneles, se debe simular la unión de dichas barras a los muros de arriostramientos mediante barras rígidas, ya que en la realidad las secciones huecas irán unidas a dichos pilares de sección hueca. En el caso de las esquinas de l edificio se simula también la unión mediante barras rígidas. TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 36 TUTORRafa Zuza RF-TIMBER PRO •CONSIDERACIONES PREVIAS: En el primer predimensionamiento son asignados los valores de la siguiente tabla a las secciones huecas de vigas y pilares: •ARTICULACIONES VIGAS Se modifica la rigidez a torsión en todas las vigas al valor 0,1 para que el forjado no le transmita esa torsión. Se articulan los extremos de las vigas para que no transmitan momentos a los pilares con los siguientes valores: NNN 1SS (N: no permitido, S si permitido). Valor de giro en x: 1 (knm/rad) Tipo barra Secciones Longitud Apoyos por tipo sección PILARES EXTERNOS: HSV 1070/720/200/200/200 L=3,3 mts apoyo NNE:100000SSN PILARES INTERNOS: HSV 720/720/200/200/200 L=3,3 mts apoyo NNE:100000SSN VIGAS DOBLE VANO: HSV 720/720/200/240/240 L=13,5 mts biart NNN E=1 SS Rig torsion 0,01 VIGAS DE ATADO EXTERIORES: HSV 720/1070/160/160/160 L=8 mts/ 6,75 mts biart NNN E=1 SS Rig torsion 0,01 VIGAS INTERNAS HSV 720/720/160/160/160 Max 8 mts biart NNN E=1 SS Rig torsion 0,01 SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 37 TUTORRafa Zuza • VIGAS DOBLE VANO: HSV 720/720/200/240/240 L=13,5 mts Biarticuladas NNN E=1 SS Rig torsion 0,01 Para la sección de la viga doble vano se asignan los valores obtenidos anteriormente cuando se estudió la sección equivalente. Aunque la longitud real de proyecto es de 13,5 mts, Dlubal la considera a eje de pilar con luz de 14,2 mts ASIGNACION SECCIONES RFEM:ASIGNACION SECCIONES RFEM: • VIGAS INTERNAS HSV 720/720/160/160/160 L=8 mts Biarticuladas NNN E=1 SS Rig torsion 0,01 Longitud máxima real Proyecto: 8 mts/ Longitud de cálculo Dlubal: 8,9 mts (a ejes de pilares) • VIGAS DE ATADO EXTERIORES: HSV 720/1070/160/160/160 L=8 mts/6,75 mts Biarticuladas NNN E=1 SS Rig torsion 0,01 • PILARES EXTERIORES: HSV 1070/720/200/200/200 L=3,3 mts Apoyo nudo cimentación NNE:100000SSN Vigas interiores 8 mts, secciones huecas de 720x720, e: 160 Pilares exteriores secciones huecas de 720x720, e: 200 Vigas de atado exteriores, secciones huecas de 720x1070, e: 160 Vigas doble vano interiores, secciones huecas de 720x7720, e: 240 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 38 TUTORRafa Zuza • PILARES INTERIORES: HSV 720/720/200/200/200 L=3,3 mts Apoyo nudo cimentación NNE:100000SSN • APOYOS NUDOS TERRENO: Para las cimentaciones, se colocan articulaciones, impidiendo el movimiento en los ejes x e y, y asignando valores para el desplazamiento en z a modo de muelles, que en ulteriores comprobaciones habría que ponderar según deformabilidad del terreno. Se dan los siguientes valores: Apoyos en nudos pilares: Articulación con valor desplazamiento z de 100000KN/m (NN100000SSN) Apoyos lineales muros: Articulación con valor desplazamiento z de 50000KN/m (NN50000SSN) NOTA: Si se quisiera comprobar y colocar elementos de tracción con los resultados de carga finales, habría que indicar fallo a tracción y colocar holdowns con los valores según cálculo., Cálculos más precisos exceden del objetivo del presente trabajo. ASIGNACION SECCIONES RFEM: CIMENTACIONES: Apoyo pilares Esquema general de apoyos Apoyo muros Pilares interiores,secciones huecas de 720x720, e: 200 SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 39 TUTORRafa Zuza 4.5.2 Resultados de cálculo de la estructura doble vano REV 1 A continuación se exponen los resultados de los cálculos con modelo correcto en Dlubal. En principio se intenta mantener el doble vano de 13,5 mts., aumentando las secciones de la viga, pero como se puede comprobar por los resultados expuestos a continuación es inviable realizar el vano con dicha luz. En esta exposición de resultados se irán indicando resultados y acciones realizadas en el modelo, como consecuencia de ellos, hasta el modelo y cálculo final. RESULTADOS EN RF-LAMINATE •FORJADOS CLT 200 Como se ha explicado durante la descripción del modelado, se analizan dos superficies horizontales: el forjado de planta primera, muy rígido en sus apoyos (EA/L: 3,3) y el de la planta 18, con apoyos más flexibles. Se comprueba, que aunque los máximos desplazamientos absolutos se producen en forjado planta superior en la dirección del eje z, dicha deformación está sumando desplazamientos Z de los pilares y flexiones de las vigas, las deformaciones resultantes relativas están dentro de los límites L/400 de integridad. Se comprueba que el resto de razones >1 son consecuencia de singularidades en el modelados, que no se deben tener en cuenta en el conjunto de resultados finales, ya que son consecuencia de la modelización del edificio, por lo que se estima que el forjado de CLT-200 cumple, y se mantiene con ese espesor en todos los modelos y cálculos posteriores. •MUROS DE ARRIOSTRAMIENTO Se estudia la planta inferior para ver que muros son los más solicitados, ya que dan valores por encima de los límites, y se decide incrementar el espesor del CLT a 240. Después de diversas comprobaciones se decide incrementar a dicho espesor todos los muros de de los núcleos de arriostramiento. Deformación forjado: desplazamientos Z . Perspectiva Deformación forjado: desplazamientos Z. Vista Planta Esfuerzos en muros de arriostramiento TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 40 TUTORRafa Zuza RESULTADOS EN RF-TIMBER PRO •VIGAS DOBLE VANO L: 13,5 mts. El cálculo de las barras, mediante el módulo de Dlubal Timber Pro, arroja grandes magnitudes en las combinación ELU para las barras en vano doble, se analizan vigas individual con diversas secciones que ningún modulo resistente de una sección lógica para dicho vano puede asumir dicho momento: Mx: 1206,9 knm W: 61410 cm3 (Módulo resistente sección HSV 720/720/240 Tensión a flexión: 1,97 KN/cm2 19,7 N/mm2 > 15,36 N/mm2 máx. tensión a flexión 1,28 > 1 no cumple Las deformaciones están también fuera de los límites, aunque en este caso acumula también la deformación original del edificio: UZ total: 82 mm-31 mm (Uz pilares apoyo): 51 mm > 35 mm (L/400: 14200/400). Debido a que no hay secciones capaces de asumir dichos esfuerzos se introduce un pilar intermedio en el doble vano en los siguientes modelados y cálculos, por lo que la luz pasa a ser de 7 mts, y se producen unos esfuerzos asumibles por secciones lógicas. •APOYOS Debido a los grandes desplazamientos en z, y poder comprobar las deformaciones relativas de cada elemento, se decide quitar los muelles de los apoyos y hacer articulaciones sin desplazamiento en z en los apoyos de los nudos. Momento Mx viga doble vano Deformacióones viga doble vano SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 41 TUTORRafa Zuza RESULTADOS EN RF-LAMINATE Todas las razones de tensiones están por debajo de 1 en las superficies verticales, En las superficies horizontales también está ok, salvo un par de puntos singulares que se pueden despreciar en cálculo. •FORJADOS CLT-200 Como se ha explicado en el modelado, se analizan dos superficies horizontales: el forjado de planta primera, muy rígido en sus apoyos y el de la planta 18, con apoyos más flexibles. Se comprueba que cumplen. Se ve un pequeño error de modelado en la zona de escalera, en apoyo de la placa que se puede despreciar. Deformaciones Planta 18: Se comprueba que cumplen salvo los dos puntos singulares en escalera, despreciable ya que el apoyo de la placa se realizará sobre una viga que en el modelado no esta bien realizado. Deformaciones Planta 1: Cumple. Tensiones internas forjados: Cumple salvo lo dos puntos descritos. Laminate: Deformaciones p18 Laminate: Deformaciones p1 Laminate: Tensiones p1 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 48 TUTORRafa Zuza •MUROS ARRIOSTRAMIENTO CLT-240 Cumplen todas las superficies. Estudio de Esfuerzos en Muros de arriostramiento: Mediante el estudio de los esfuerzos axiles producidos en los muros en los muros comprobamos de qué manera los elementos están sometidos a tracción y compresión, valores necesarios para el posterior cálculo de conectores, escuadras de cortante para absorber esfuerzos horizontales y holdowns para los esfuerzos de tracción. Especialmente importante es analizar dichos esfuerzos en los muros de arranque desde cimentación, donde se transmitirán dichos esfuerzos al terreno. Resultado Laminate en muros de arriostramiento: cumplen todas las superficies Esfuerzos de Compresión y Tracción en muro de arranque Esfuerzos de CCortante en muro de arranque Axiles en el conjunto de muros de arriostramiento SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 49 TUTORRafa Zuza • REACCIONES EN APOYOS Mediante las reacciones verticales y horizontales resultantes en los apoyos se podrán dimensionar las uniones y arranques de pilares y muros en su arranque. Se muestran dos de ellos, reacciones en combinación más desfavorable y reacciones con la acción horizontal del viento para poder ver como se intenta producir un vuelco del conjunto. Reacción con la combinación más desfavorable en ELU: • DATOS FINALES BARRAS En el siguiente cuadro se ven algunos datos como el Peso, volumen y superficies de las barras. Reacción con la combinación Viento: Timber Pro: Datos finales barras TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 50 TUTORRafa Zuza 5.- CONCLUSIONES 5.1 Conclusiones del trabajo Mediante el presente trabajo se ha estudiado y probado la posibilidad del uso de las secciones huecas de madera en la realización de vigas y pilares como como alternativa a las estrategias actuales en edificios en altura de madera: núcleos de arriostramiento realizados con materiales distintos a la madera, como hormigón o acero, o grandes escuadrías macizas de madera. Mediante el sistema presentado se prueba mediante el cálculo la posibilidad de construir estructuras y edificios en altura, para lo que se realiza un modelo de edificio de 21 plantas y se realizan los cálculos, comprobándose en sus resultados que el método es válido para dichos edificios. Este sistema se desarrollaría mediante la pre-industrialización y corte de los elementos, que deberían llegar pre-industrializados al emplazamientodelaobraparaellosehaintentadobuscarlasdimensiones másóptimasdelasplacasparaelmáximoaprovechamientodelospaneles existentes en el mercado, así como de su posibilidad de ser transportados en un transporte estándar, sin que suponga un coste extra. El total de camiones estimados en la obra sería de 233, para un peso total de 5.825 Tm (unos 12595 m3) de estructura de madera, incluyendo Forjados, muros núcleos, escaleras interiores, vigas y pilares. Debido a este gran volumen, y por incrementar la sostenibilidad de este tipo de construcción,seríaconvenientequelaempresasuministradora demadera estuviese implantada lo más cercana posible al lugar de construcción, contando como suministradores con empresas locales que trabajen con especies autóctonas. El sistema se complementaría con el uso de conectores similares a los propuestos en el trabajo, diseñados con el objetivo de facilitar el montaje de vigas y pilares mediante los mismos a pie de obra y elevación del conjunto para fácil ensamblaje de los mismos. Este tipo de conectores, con patillas de acero considerarán la transmisión directa de esfuerzos entre los elementos verticales sin que de lugar en ningún caso al aplastamiento de paneles de madera en los forjados, los cuales tendrán además la función de arriostrar horizontalmente al edificio en este tipo de acciones. Se complementarán mediante tirafondos en el resto de la unión entre paneles. 5.2 Futuros campos de investigación Durante el desarrollo del trabajo se constatan oportunidades de profundizar en la inves�gación de ciertos temas, que se escapaban al alcance del presente trabajo pero serían de gran interés en cuanto al desarrollo de este �po de estructuras: • Posibilidad del uso de paneles con capas a 45º y vigas cajón formados por este �po de elementos En los ensayos de los trabajos de investigación realizados dan una serie de parámetros en los módulos de resistencia del conjunto que se podrían aplicar a este tipo de estructuras, disminuyendo la sección de los elementos usados, especialmente indicado estaría su uso en los núcleos de arriostramiento. • Aplicación de elementos post tensionados de acero en los los paneles de muros de arriostramiento Los ensayos de otros trabajos determinan su ventaja en edificios en altura frente a acciones sísmicas, pero su aplicación y cálculo en el modelo presentado excede el alcance del presente trabajo, donde no se ha considerado una zona sísmica en su cálculo, ya que en principio el edificio estaría emplazado en Madrid en terreno granítico, aunque sería un elemento a realizar si se construye el modelo en zonas sísmicas. • Desarrollo y cálculo de los elementos de conexión Con los datos de los esfuerzos obtenidos en los diversos paneles y barras: vigas y pilares, se podrían calcular los conectores y uniones entre elementos, lo que constituiría un trabajo completo en si mismoSECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 51 TUTORRafa Zuza 6.- REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFIA 6.1 Referencias y citas realizadas durante el trabajo por orden alfabético Abrahamsen, R., & AS, M. L. (2017). Mjøstårnet-construction of an 81 m tall timber building. Paper presented at the International House Forum, Chen, Y., & Lam, F. (2013). Bending performance of box-based cross-laminated timber systems. Journal of Structural Engineering, 139(12), 04013006. Ctbuh height criteria Las diez claves para dominar el diseño de edificios de clt. (2019, - 12-11T07:22:08+00:00). Retrieved from https:// maderayconstruccion.com/las-diez-claves-para-dominar-el-disenode-edificios-de-clt/ Green, M., & Taggart, J. (2020). Tall wood buildings. Basel/Berlin/ Boston: Birkhauser Verlag GmbH. Retrieved from https:// ebookcentral.proquest.com/lib/[SITE_ID]/ detail.action?docID=6132476 Miguel Ángel Astiz Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. E.T.S. Ingenieros de Caminos, & Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid.Los esquemas estructurales de los edificios altos Sun, X., He, M., Li, Z., & Lam, F. (2019). Seismic performance assessment of conventional CLT shear wall structures and posttensioned CLT shear wall structures. Engineering Structures, 196, 109285. 6.2 Bibliografía utilizada durante el trabajo por orden alfabético Abrahamsen, R., & AS, M. L. (2017). Mjøstårnet-construction of an 81 m tall timber building. Paper presented at the International House Forum, Allen, E., Michel, N., Zalewski, W., & Allen, E. A., Edward. (2010a). Form and forces : Designing efficient, expressive structures. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. Retrieved from https://ehu.on.worldcat.org/ oclc/813857801 Ataei, A., Valipour, H. R., Bradford, M. A., & Chiniforush, A. A. (2019). Experimental study of steel-timber composite beam-to-column joints with extended end plates. Construction and Building Materials, 226, 636-650. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.07.154 Bestraten, S., & Hormias, E. (2012). Consolidación estructural del edificio patrimonial de C/ripoll, 25 de barcelona - ca la dona. Informes De La Construcción, 64(1), 79-94. Retrieved from https:// dialnet.unirioja.es/servlet/ articulo?codigo=4213482&orden=393494&info=link Boggian, F., Andreolli, M., & Tomasi, R. (2019). Cross laminated timber (CLT) beams loaded in plane: Testing stiffness and shear strength. Frontiers in Built Environment, 5 doi:10.3389/fbuil.2019.00058 Buck, D., Wang, X. A., Hagman, O., & Gustafsson, A. (2016). Further development of cross laminated timber (CLT) – mechanical tests on 45° alternating layers. Paper presented at the 1107. Retrieved from http:// urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ri:diva-15772 Chen, Y., & Lam, F. (2013b). Bending performance of box-based crosslaminated timber systems. Journal of Structural Engineering, 139(12), 4013006. doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000786 Comparison and experimental verification of simplified onedimensional linear elastic models of multilayer sandwich beams | elsevier enhanced reader. Retrieved from https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/ S0263822319323499?token=C67869D4EDC11CFCD504A38C8949EFCBF31EB1 12A1D39E6B49ABAB23D945F9F80FD6EC3E14DB43F930DEA2EEDD6C3632 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 52 TUTORRafa Zuza Council on Tall Buildings and Urban Habitat.Council on tall buildings and urban habitat-timber structures. Retrieved from https:// www.ctbuh.org/resource/height Ctbuh height criteria Dietsch, P., & Winter, S. (2012). Eurocode 5—Future developments towards a more comprehensive code on timber structures. Structural Engineering International, 22(2), 223-231. doi:10.2749/101686612X13291382991001 Las diez claves para dominar el diseño de edificios de clt. (2019, -1211T07:22:08+00:00). Retrieved from https://maderayconstruccion.com/ las-diez-claves-para-dominar-el-diseno-de-edificios-de-clt/ Domínguez Fuster, D., & Sintes Midmore, C. (2017). B - patio, vivienda unifamiliar Retrieved from https://dialnet.unirioja.es/servlet/ articulo?codigo=6738534&orden=0&info=link Fernández Forcada, M. (2015). La madera contralaminada como alternativa en sistemas de baja energía estructural. Available from DIALNET. Retrieved from https://dialnet.unirioja.es/servlet/ tesis?codigo=76658&orden=1&info=link Flaig, M. (2015). CLT-beams loaded in-plane direction - Part 1: Effective strength and stiffness properties for the shear design [In Plattenebene beanspruchte Biegeträger aus Brettsperrholz: Teil 1: Effektive Festigkeitsund Steifigkeitskennwerte für die Schubbemessung] doi:10.1002/bate.201500066 Retrieved from https:// www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.084946833012&doi=10.1002%2fbate.201500066&partnerID=40&md5=50 f0f7eb1d6bc993717aa840ab3a7112 Gasparri, E., & Aitchison, M. (2019). Unitised timber envelopes. A novel approach to the design of prefabricated mass timber envelopes for multi-storey buildings. Journal of Building Engineering, 26, 100898. doi:10.1016/j.jobe.2019.100898 GAYÁ, J. E. M.Madera en altura. Green, M., & Taggart, J. (2020). Tall wood buildings. Basel/Berlin/ Boston: Birkhauser Verlag GmbH. Retrieved from https:// ebookcentral.proquest.com/lib/[SITE_ID]/detail.action?docID=6132476 Haynes, M., Coleri, E., & Estaji, M. (2019). Selection of the most effective pavement surfacing strategy for the glenwood cross laminated timber parking garage. Construction and Building Materials, 226, 162-172. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.07.220 Miguel Ángel Astiz Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. E.T.S. Ingenieros de Caminos, & Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid.Los esquemas estructurales de los edificios altos Nevado, Miguel. Proyecto cubierta piscinas Salamanca. Sun, X., He, M., Li, Z., & Lam, F. (2019). Seismic performance assessment of conventional CLT shear wall structures and posttensioned CLT shear wall structures. Engineering Structures, 196, 109285. Szeptyński, P. (2020). Comparison and experimental verification of simplified one-dimensional linear elastic models of multilayer sandwich beams. Composite Structures, 241, 112088. doi:10.1016/ j.compstruct.2020.112088 Tannert, T., & Connolly, T. J. (2020). Hybrides tragwerk des 18stöckigen studentenwohnheims “Tall wood building“ in vancouver und alternative in holz. Bautechnik, 97(S1), 56-63. doi:10.1002/ bate.201900103 AGRADECIMIENTOS Agradezco al tutos supervisor del presente TFM, Rafa Zuza, todo su apoyo y aporte a lo largo del desarrollo del presente trabajo. Asimismo agardezco al Ing. Manuel Ballesta , ingeniero responsable del software Dlubal su ayuda con el modelado del edificio en dicho programa. SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 53 TUTORRafa Zuza 7.- ANEXOS 7.1 Anexo 1: Cálculo de forjado mediante el software Calculatis TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS 54 TUTORRafa Zuza No se adjunta el informe completo del cálculo en esta presentación para no hacer muy voluminoso el presente trabajo, en caso de interés, por favor contactad conmigo n el siguiente email: rdemiguelf[email protected] Uz: 34.8<45 (L/300) con Lss-220, finalmente se realiza el modelado con Lss-240 por seguridad 7.2 Anexo 2: Cálculo de vigas de CLT de sección hueca de 13,5 mts de vano en Dlubal SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TFMRicardo de Miguel 55 TUTORRafa Zuza 7.3 Anexo 3: Cálculo de sección equivalente 56 TFMRicardo de Miguel SECCIONES HUECAS EN EDIFICIOS EN ALTURA BOX-BEAMS TUTORRafa Zuza 7.4 Anexo 4: Informe con resultados cálculo Dlubal No se adjunta el informe completo del cálculo en Dlubal en esta presentación para no hacer muy voluminoso el presente trabajo. En caso de interés por verlo, se ruega contacten a través del siguiente email: rdemiguelf[email protected] No se adjunta el informe completo del cálculo en Dlubal en esta presentación para no hacer muy voluminoso el presente trabajo. En caso de interés por verlo, se ruega contacten a través del siguiente email: rdemiguelf[email protected]