Las aplicaciones no tradicionales de la construcción de concreto Tilt-Up ofrecen soluciones muy diferentes para dos museos de alto perfil.
Por: Mitch Bloomquist, Asociación de Hormigón Tilt-Up
Como testimonio de la versatilidad y aplicabilidad de la construcción de concreto Tilt-Up, dos proyectos recientes —la expansión del Saint Louis Art Museum y un nuevo hogar para el National Museum of Health and Medicine— exploran usos muy diferentes e innovadores y no tradicionales de este método.
Los paneles de concreto que crean la geometría dinámica del Museo Nacional de Salud y Medicina sirven únicamente como un armazón para el edificio y están revestidos con piedra y metal. Por el contrario, los monumentales paneles pulidos producidos para el Museo de Arte de Saint Louis no son un elemento contribuyente del sistema estructural del edificio; sirven simplemente como una fachada. En ambos casos, el Tilt-Up se ha presentado no solo como una solución viable a una propuesta exigente, sino como una solución práctica y eficiente y, según algunas opiniones, la única.
MARCO
En 1862, el Cirujano General William Hammond ordenó a los oficiales médicos en el campo que recolectaran “especímenes de anatomía patológica junto con proyectiles y cuerpos extraños extraídos” y que los enviaran a un museo recién fundado para su estudio. El Museo Nacional de Salud y Medicina se estableció durante la Guerra Civil como el Museo Médico del Ejército. Un centro para la recolección de especímenes para la investigación en medicina y cirugía militar, inspira interés y promueve la comprensión de la medicina con un énfasis especial en la medicina militar estadounidense de las tres fuerzas. Reconocido por su valor continuo para la salud de los militares y la nación, el Museo identifica, recolecta y preserva recursos importantes y únicos para apoyar una amplia agenda de exposiciones innovadoras, programas educativos e investigación científica, histórica y médica.
Hogar de la bala que mató al presidente Abraham Lincoln y una miríada de otras curiosidades mórbidas, el Museo Nacional de Salud y Medicina abrió recientemente las puertas de su nuevo edificio en Silver Spring, Maryland. El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. otorgó a TCA Member, Costrucciones Costello de Columbia, Maryland, el contrato de diseño y construcción. KlingStubbins de Washington, DC, diseñó el proyecto. Anteriormente ubicado en el centro médico del ejército Walter Reed en el Distrito de Columbia, el nuevo edificio, que se encuentra justo afuera de las puertas del Anexo Forest Glen de Fort Detrick, ofrece un mayor acceso al público y un hogar permanente para la institución.
El Museo Nacional de Salud y Medicina es uno de los primeros edificios “Tilt-Up” resistentes a explosiones en los Estados Unidos. "El diseño y la construcción contra explosiones fueron particularmente complicados debido a la ubicación del museo, que se encuentra cruzando el área protegida del Anexo Forest Glenn", explicó David Costello, presidente de Costello Construction. El edificio fue diseñado de acuerdo con los Criterios Unificados de Instalaciones (UFC), Estándares Mínimos Antiterroristas del Departamento de Defensa para Edificios, incluido el UFC 4-010-01, que es la guía principal para el diseño y la construcción resistentes a explosiones.
Disecado por bandas de vidrio, los volúmenes cambiantes del espacio principal de exhibición permiten que rebanadas de luz natural penetren la estructura, de lo contrario, protegida. La forma dinámica, revestida de paneles de piedra y metal, se mueve vertical y horizontalmente, extendiéndose desde el centro del edificio. Los profundos voladizos, resultado de los volúmenes cambiantes, marcan la entrada principal creada por las bandas de vidrio entrecruzadas.
Las paredes inclinadas de la galería estaban diseñadas inicialmente con estructura de acero. Según Costello, “la decisión de utilizar la construcción Tilt-Up se tomó una vez que nos dimos cuenta de que el estricto control de la humedad ambiental necesario para el interior del edificio hacía inaceptable el sustrato de Dens Glass ya planificado, debido al gran número de perforaciones realizadas al fijar el revestimiento al sustrato”. Si bien la franja horizontal de vidrio prohibía el uso de paneles Tilt-Up convencionales, el uso de paneles de remate Tilt-Up, algo menos convencionales, resultó ser la solución perfecta.
El diseño estructural del proyecto es quizás tan creativo como el concepto arquitectónico. Las partes del edificio que no forman parte de la galería se construyeron mediante el método convencional de “tilt-up”, mientras que los muros exteriores de la galería, desde los cimientos hasta el alféizar de la banda de vidrio, son de hormigón moldeado in situ. Los paneles de spandrel de “tilt-up’ situados sobre la banda de vidrio se sostienen mediante grandes vigas que se apoyan en columnas internas de hormigón moldeado in situ, las cuales se extienden en voladizo hasta el perímetro del edificio. Las columnas se asientan sobre grandes cimientos extendidos. Costello explicó: ”... debido al sistema de ventanas continuas que dividía todas las paredes de la galería en una banda horizontal, no había forma de transferir las cargas a la estructura de cimentación desde la estructura del techo a través de las paredes exteriores. Para complicar aún más las cosas, no podíamos tener columnas en las paredes exteriores debido al diseño arquitectónico del proyecto». Si bien la pendiente requerida para los paneles de antepecho exigió una considerable ingeniería para adaptarse a la condición de elevación de la parte superior (maleta), Costello insistió en que los paneles de antepecho salvaron el proyecto y permitieron que una forma de edificio desafiante cobrara vida. «El sistema Tilt-Up se presentó como la forma más rentable de construir el edificio y lograr los vanos libres de 15 metros de los espacios de las galerías del museo, al tiempo que creaba un sustrato que facilitaba los requisitos de resistencia al vapor del proyecto».”
Cuando se le preguntó cómo el museo había sido una aplicación pionera de la construcción Tilt-Up, Costello respondió: “Creemos que el Museo abre un potencial sin explotar para Tilt-Up como método de construcción para componentes de la estructura. Realmente pensamos que este es uno de los beneficios menos promocionados o menos comprendidos de la construcción Tilt-Up y sentimos que muchos de los edificios construidos hoy en día serían más eficientes si se construyeran utilizando un proceso Tilt-Up para partes de la estructura; incluso si todo el edificio estuviera revestido de ladrillo o algún otro material de fachada.”
/FACHADA
Imágenes cortesía del Museo de Arte de Saint Louis y David Chipperfield Architects
El Museo de Arte de Saint Louis, ubicado en Forest Park en Saint Louis, Missouri, está situado en la cima de Art Hill con vistas a la Grand Basin, el lugar central de reunión de la Exposición Universal de 1904. El museo alberga una de las colecciones de arte más completas de los Estados Unidos de América. Fundado en 1879, el Museo de Arte de Saint Louis, según su misión, colecciona, presenta, interpreta y conserva obras de arte de la más alta calidad a través del tiempo y las culturas; educa, inspira descubrimiento y eleva el espíritu humano; y preserva un legado de logros artísticos para la gente de St. Louis y el mundo.
Diseñada por el renombrado arquitecto estadounidense Cass Gilbert para la Exposición Universal de Luisiana de 1904, también conocida como la Feria Mundial, la estructura original del Museo de Arte de Saint Louis fue el único edificio de la Feria Mundial diseñado para ser permanente. El edificio ha sufrido varias modificaciones y una variedad de adiciones, que incluyen un ala administrativa, un auditorio y un ala de conservación, agregadas entre 1980 y 1985, para conformar el complejo del museo actual. Sin embargo, la tan esperada expansión del Museo de Arte de Saint Louis se está haciendo realidad rápidamente.
Sin alterar la monumentalidad del edificio original de Cass Gilbert del museo y su relación con la Gran Cuenca histórica, la nueva expansión del museo se aparta sutilmente de ese lenguaje formal y se extiende hacia el parque en múltiples direcciones. El marcado contraste creado por la simplicidad y la oscuridad de la expansión mantiene limpia la lectura del edificio original y establece una actitud algo sumisa, al tiempo que mantiene su propio sentido de monumentalidad.
El director del Museo de Arte de Saint Louis, Brent Benjamin, describe la expansión como “un enfoque muy del siglo XIX y francés para la ubicación de un edificio. Y esto tendrá una sensación mucho más orgánica. Se tendrá la sensación de que está ubicado entre los árboles”.”
La adición de 200.000 pies cuadrados, diseñada por el arquitecto londinense David Chipperfield, provee un nuevo espacio para galerías, una entrada completamente accesible, espacio público, un nuevo restaurante con vistas a Art Hill y más de 300 espacios de estacionamiento en un garaje subterráneo. A pesar de ser bastante grande, la adición tiene una apariencia exterior relativamente sutil. La porción del edificio visible sobre el nivel del suelo consiste en grandes y limpias extensiones de vidrio y planos monumentales de concreto negro altamente pulido. La reflectividad de la fachada añade una tremenda profundidad a la superficie y refleja el parque circundante, integrándose cómodamente en el paisaje.
“En lugar de estar hecho de paneles pequeños, este está hecho de paneles masivos y monumentales, apropiados para un edificio público que estará aquí por un siglo más, uno que tendrá una relación con Cass Gilbert en términos de su escala”, dice Benjamin. “La idea era adoptar un enfoque más refinado para el concreto”.”
Desde el principio, se deseaba una fachada de concreto oscura y monolítica. El equipo de diseño visitó el Museo de Bellas Artes de Lichtenstein, que presenta una fachada de concreto pulido fundido in situ. “La fachada se pulió sobre una superficie vertical, lo que resultó en cierta ondulación”. Según Leif Johnson, P.E. de Magnusson Klemencic Associates, ingeniero estructural para la expansión del Museo de Arte de Saint Louis, “Este hecho ayudó al equipo de diseño a finalizar la decisión de usar grandes paneles Tilt-Up. Con la construcción Tilt-Up, los paneles podían cortarse, lijarse y pulirse horizontalmente para mejorar la calidad de la superficie terminada”.”
“La esencia de un buen diseño requiere un conocimiento profundo y exhaustivo de los materiales que se están utilizando —afirma Julie Bauer, arquitecta de diseño principal de David Chipperfield Architects—. Una gran parte de nuestro desafío en este proyecto, y, francamente, en todos nuestros proyectos, es aprender y desarrollar esta experiencia. Incorporamos a nuestros contratistas y expertos en cada área respectiva desde el principio. Esto no era algo que pudiera simplemente teorizarse; se realizaron muchas pruebas antes de que siquiera intentáramos desarrollar un producto final”.“
El diseño de la mezcla de concreto para los paneles consiste en una variedad de elementos únicos que incluyen gravilla Meramec, una piedra de río natural de Missouri, arena glacial, pigmento negro y roca Dresser Trap Rock. Conocida como una de las rocas más duras de América del Norte, la roca trap es un basalto alterado, o roca volcánica (no porosa). Mientras que la roca única en forma de canto rodado exhibe sutiles tonos de gris, azul, rojo, rosa y morado, el color gris oscuro domina en su forma de agregado triturado.
“Los páneles son sumamente hermosos”, según Steve Ladenberger, fundador y propietario de Fenix Construction Company; “parecen enormes losas de granito negro. Nunca imaginé que el concreto pudiera verse tan increíble.”
Construcciones Fénix, un contratista de concreto líder con sede en St. Louis y miembro de la Tilt-Up Concrete Association, fue seleccionado para el proyecto y actuó como subcontratista de Tilt-Up. Las versiones iniciales de las especificaciones del proyecto eran extremadamente estrictas, rechazando cualquier panel con grietas, incluso las finas. Cuando los contratistas se negaron a presupuestar el proyecto, las especificaciones se modificaron para permitir grietas de 1/32 de pulgada y algunas otras concesiones, aunque aún se mantuvieron muy estrictas.
Los aspectos no tradicionales de esta aplicación del método de construcción de concreto Tilt-Up no se detienen con el diseño arquitectónicamente único de la mezcla. Los paneles no soportan carga. Instalados sobre un edificio sellado, los paneles actúan como una barrera contra la lluvia y tienen poca interacción con la estructura del edificio. “Los paneles no se mueven con el edificio en el plano del muro, lo cual es interesante”. Johnson explicó: “Los paneles son verdaderamente su propio sistema lateral en el plano y solo dependen de los soportes del techo para el soporte fuera del plano”. Muros de corte de concreto y columnas de tubos de acero rellenos de concreto soportan la cubierta de losas aligeradas de concreto del edificio, que ofrece una planificación flexible del espacio, grandes luces y oportunidades para la iluminación natural. “Los paneles colados en sitio están soportados en la base de la losa del suelo (base sísmica) ya sea en vigas de concreto que se extienden a columnas, o directamente sobre muros de cimentación”, dijo Johnson, “con conexiones verticales y en el plano del muro en el techo”.”
Dado que los paneles no son estructurales, se fundieron y terminaron fuera de secuencia en relación con un trabajo tradicional de Tilt-Up. Gran parte del edificio y la mayor parte del estacionamiento subterráneo estaban completos cuando comenzó el trabajo de fundición en sitio. Ladenberger señaló: “Por lo general, somos de los primeros en el trabajo y en este proyecto fuimos de los últimos”.”
Los 23 paneles fueron formados, fundidos y terminados en lechos de fundición que rodeaban la estructura. “Unos pocos paneles fueron fundidos sobre la cubierta ajardinada del estacionamiento. La cubierta ajardinada está diseñada para cargas pesadas de tierra, por lo que las cargas impuestas por el proceso de construcción fueron manejables”, dijo Johnson. “Se colocaron grúas de elevación fuera del perímetro del edificio en ubicaciones estratégicas necesarias para colocar cada panel”. Los paneles de 22 pies de altura varían en ancho de 12 pies a 42 pies. Para controlar el agrietamiento, los paneles de 7 pulgadas de espesor fueron diseñados con una mayor rigidez, lo que resultó en un área de acero en su sección transversal mayor que la de un panel Tilt-Up promedio.
La tecnología empleada para levantar los paneles arquitectónicamente sofisticados tiene irónicamente entre 30 y 40 años y rara vez se usa en trabajos tradicionales de Tilt-Up. Debido a que los paneles se vaciaron con la cara hacia arriba para permitir el acabado, la ubicación y el tamaño de los insertos de elevación fueron un problema crítico. Scott Collins, P.E., Ingeniero Jefe Adjunto de TCA Sustaining Member Meadow Burke el diseño de levantamiento y arriostramiento para el proyecto fue contratado como consultor desde muy temprano en el proceso. Según Collins, “Inicialmente, el deseo era eliminar por completo la necesidad de insertos de levantamiento en la cara del panel”. Cuando se determinó que esto no era práctico, se sugirió utilizar pequeños insertos de bobina, lo que crearía un área afectada mucho menor en la cara del panel. Fenix Construction Company produjo varias maquetas de diversas estrategias de parcheo que demostraban que el pequeño agujero irregular podía acabarse para que pareciera un trozo de agregado que se integraba sin problemas en la superficie terminada.
El montaje de los paneles se completó en dos pasos. Primero, se fijaron aparejos a placas de elevación giratorias conectadas a los paneles con un perno roscado en los insertos helicoidales. Los paneles se levantaron a una posición vertical utilizando estos puntos de elevación y se arriostraron temporalmente desde el lado opuesto (sin terminar). Luego, los aparejos se transfirieron de la cara del panel a insertos de elevación fundidos en el borde superior del panel. Finalmente, los paneles se levantaron en su lugar y se soldaron a la estructura mientras se estaban asentando.
El diseño de izaje se complicó aún más por grandes voladizos en varios paneles. El equipo de diseño deseaba evitar uniones en las esquinas del edificio. Para lograr esto, los paneles de las esquinas se fundieron con voladizos de 42 pulgadas, lo que proporcionó una apariencia exterior continua y monolítica. Carl Gregov, Gerente de Taller en Concrete Coring Company de Saint Louis, explicó cómo estos voladizos también complicaron el proceso de pulido.
Las contrahuellas de los paneles se fundieron con un espesor de 1 pulgada mayor que el resto del panel y se cortaron a medida con una sierra de concreto hidráulica sobre rieles. Se hicieron muchas pasadas superficiales para mantener el control y cumplir con las tolerancias extremadamente ajustadas. Debido al estrecho margen de error, todos los bordes de los paneles se fundieron en exceso y se cortaron a medida. Este proceso no solo aseguró la precisión dimensional de los paneles y un borde nítido y limpio, sino que también redujo el tiempo necesario para pulir los pesados bordes y contrahuellas. Adicionalmente, al cortar los bordes después de haber pulido la cara de los paneles, el proceso de pulido se pudo llevar hasta el borde sin temor a astillarse.
Hacia la cara del panel, la distribución del agregado era bastante irregular. Debido a esto, y para obtener el acabado deseado por el equipo de diseño, el proceso de corte, rectificado y pulido tuvo que profundizar en el panel. Las pastillas de diamante configuradas a medida fueron diseñadas especialmente para la mezcla del proyecto que incluía dos tipos de roca extraordinariamente duros. Se utilizó un compuesto de lechada para rellenar cualquier porosidad, así como un densificador para solidificar la lechada. Los paneles se terminaron con una pastilla de pulido de resina de grano 1.500 y se sellarán una vez en su lugar.
Si bien las aplicaciones tradicionales del método de construcción de concreto Tilt-Up continúan dominando ciertos mercados (demostrando los mayores beneficios de velocidad, economía y seguridad), las aplicaciones no tradicionales como el Museo Nacional de Salud y Medicina y el Museo de Arte de Saint Louis continúan abriendo nuevas puertas para el método. Con un precedente de uso en rápida expansión en proyectos de alto perfil que exigen un rendimiento extremo, una estética sin igual y soluciones sostenibles, junto con el largo historial del método de ofrecer un valor inigualable, espere que la construcción de concreto Tilt-Up sea considerada con cada vez mayor regularidad para casi cualquier proyecto.
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