Mente

Las ondulaciones del edificio de relleno en el Museo Americano de Historia Natural fueron difíciles de formar, incluso usando hormigón proyectado. Foto de Nadine M. Post/ENR

Hace casi una década, al principio del diseño conceptual para la adición de relleno de 230,000 pies cuadrados al Museo Americano de Historia Natural en Manhattan, las conversaciones con contratistas potenciales hicieron evidente que el encofrado rígido convencional para los muros de carga interiores ondulantes y no repetitivos, diseñado en concreto para evocar un cañón de 80 pies de altura—sería prohibitivamente costoso y un desperdicio.

"El hormigón es fluido, pero el encofrado no lo es", dijo Jeanne Gang, directora fundadora y socia del arquitecto de diseño Studio Gang, después de una sesión informativa el 26 de abril en el Centro Richard Gilder para la Ciencia, la Educación y la Innovación del museo, valorado en 465 millones de dólares, que se inaugurará 4 de mayo. "La barrera para las curvas suele ser el encofrado", agregó Gang.

El equipo de diseño pronto encontró una mejor manera de dar forma a las innumerables curvas del vestíbulo del atrio de seis pisos. Según Gang, durante las sesiones de lluvia de ideas, el ingeniero estructural del proyecto, Arup, dijo: "¿Qué pasa con el hormigón proyectado?"

Siguió un viaje para ver el trabajo en progreso en las paredes arqueadas de hormigón proyectado del túnel ferroviario East Side Access de Manhattan. Gang fue vendido en el método.

Los muros de carga del atrio del vestíbulo, diseñados para evocar un cañón, presentaban complejidades para el equipo de diseño y construcción gracias a las formas amorfas.Foto de Nadine M. Post/ENR

"Vi con mis propios ojos" el potencial de las paredes de hormigón proyectado para dar forma al cañón, dice, y agrega que el hormigón proyectado también se prestaba a expresar la estructura del cañón y la "habilidad y el oficio de las personas que lo construyeron".

No hay argumento de que el hormigón proyectado (lechada de hormigón a presión rociada sobre acero de refuerzo respaldado por una densa malla metálica) fuera una solución más simple que el encofrado rígido para los seis niveles de muros de carga curvilíneos que desafían toda descripción que rodean el atrio con tragaluz de 468 000 pies cúbicos.

Pero el equipo encargado de realizar el paisaje, completo con puentes de "piedra" no rectilíneos a través del volumen en dos niveles y "entradas de cuevas" amorfas en el edificio convencional, se encontró entre la espada y la pared. Las paredes del cañón no solo están literalmente fuera de la red, sino que no hay repetición en la estructura de hormigón proyectado. Tampoco había precedentes de una estructura de hormigón proyectado asimétrica expresada arquitectónicamente a tal escala.

Entonces, el equipo hizo todo lo posible, incluido el modelado en 3D de cada barra en las paredes onduladas, así como el modelado de los extensos trabajos temporales necesarios para la construcción.

La estructura de hormigón proyectado, fabricada y construida por COST de Wisconsin bajo un contrato de asistencia de diseño, impulsó el proyecto pero "no fue fácil", dice Carla Sciara, vicepresidenta ejecutiva de AECOM Tishman, la directora de construcción. Era tan exigente que Tishman tenía tres empleados en el sitio diariamente, simplemente para monitorear la operación y garantizar la calidad.

El presupuesto original del proyecto era de 383 millones de dólares. El museo atribuye el aumento de costos de $ 82 millones a la escalada de la construcción, los litigios resueltos relacionados con la invasión del edificio en el parque circundante y los impactos de COVID-19, incluida la interrupción de la cadena de suministro. El financiamiento proviene de fuentes privadas, estatales y de la ciudad, incluido el donante Richard Gilder.

El edificio de 230 000 pies cuadrados, diseñado por Studio Gang con Davis Brody Bond como arquitecto ejecutivo, consta de una adición de 190 000 pies cuadrados y 40 000 pies cuadrados de espacio renovado del museo existente. Gilder crea 33 conexiones a 10 edificios de museo existentes, algunos de los cuales datan de 1874. Eso eliminó los callejones sin salida en el recorrido del museo, lo que mejora la circulación y la experiencia del visitante, dice Gang.

Se eliminaron tres edificios para el proyecto. Eso permitió que aproximadamente el 80% de la adición se ubicara dentro del espacio del museo existente. Y eso se tradujo en una intrusión en solo 11,600 pies cuadrados del parque Theodore Roosevelt del campus de 18 acres, dice el museo.

Entre las nuevas galerías y exhibiciones se encuentran un insectario de 5000 pies cuadrados, un vivero de mariposas de 2500 pies cuadrados, un teatro de inmersión de 5800 pies cuadrados, un restaurante, una tienda del museo y una biblioteca y centro de aprendizaje. Pero el atractivo visual del diseño, y el hueso más duro de roer para el equipo, es el cañón.

Los muros interiores de hormigón proyectado de la estructura de hormigón armado, con losas de piso de placa plana, varían de 6 a 14 pulgadas de espesor. Los muros tienen aberturas amorfas para la circulación hacia los pasillos y habitaciones del edificio.

El perímetro del nuevo edificio remetido, a excepción del muro de hormigón proyectado de la entrada oeste, tiene columnas ordinarias de hormigón. La estructura del ondulado muro oeste, que sostiene los paneles de granito rosa de Milford colocados en un patrón diagonal y las ventanas, con vidrio fritado para evitar las colisiones de pájaros, también es de hormigón proyectado, pero solo está expuesto en la cara interior.

El hormigón proyectado se utiliza a menudo para formas curvas, ya que no necesita encofrado rígido. Para los muros de carga del Gilder Center, el material se aplicó bajo presión a la barra de refuerzo curva. Foto cortesía de AMNH / D. Finnin

El hormigón proyectado es un método cercano para aplicar hormigón húmedo proyectado a alta velocidad. La mezcla se bombea a través de una manguera a una superficie receptora, según el American Concrete Institute. El impacto creado por la aplicación consolida el hormigón.

Aunque las propiedades endurecidas del hormigón proyectado son similares a las del hormigón colado en el lugar convencional, "la naturaleza del proceso de colocación da como resultado una excelente unión con la mayoría de los sustratos y capacidades rápidas o instantáneas, particularmente en formas o formas complejas", dice ACI.

El hormigón proyectado se usa comúnmente para formas no rectilíneas, como exhibiciones en museos, parques temáticos y zoológicos. El taxidermista Carl Akeley inventó el método de aplicación, primero llamado gunita, en 1907, un par de años antes de que comenzara a trabajar en el Museo Americano de Historia Natural, según el museo y los libros de historia. La primera aplicación fue una mezcla de yeso utilizada para reparar la fachada en ruinas del Museo Field de Historia Natural de Chicago.

Shotcrete prescinde del encofrado rígido convencional a dos caras. En su lugar, una malla de metal densa y flexible, que permanece en su lugar después del lanzamiento, sirve como telón de fondo para evitar que el hormigón proyectado se derrame por la cara posterior cuando se "dispara". En el museo, el acero de refuerzo da forma a la pared, en esencia sirviendo como forma.

El diseño estructural de las paredes del cañón se complicó por la necesidad de encontrar rutas de carga a solo seis puntos de contacto principales, gracias a un patio de servicio existente directamente debajo del edificio. El análisis de los muros de carga de hormigón proyectado que forman el cañón muestra los dos puentes (centro del modelo) que cruzan el atrio. Modelo de análisis estructural de los muros del cañón cortesía de Arup

Las cuadrillas construyeron primero las columnas perimetrales de concreto reforzado convencional alrededor de tres lados del edificio, seguidas de losas de piso de placa plana, también construidas de manera convencional, excepto que se extendieron temporalmente desde la estructura perimetral hasta la cimbra antes de que los muros de concreto lanzado estuvieran en su lugar.

El gerente de construcción hizo modelar las obras temporales en 3D, lo que no es típico, dice Michelle Roelofs, directora adjunta de Arup. Luego, Arup superpuso el modelo de obras temporales en sus propios modelos 3D para la estructura general y para la barra de refuerzo de la pared del cañón.

Arup modeló cada pieza de la barra de refuerzo en las paredes del cañón. Modelo de barra de refuerzo de la pared del cañón cortesía de Arup

El trabajo del cañón eclipsó el proyecto. Pero había otros problemas. Un gran impedimento fue el sitio. El edificio, de aproximadamente 250 pies x 200 pies en planta, se encuentra en el patio de servicio subterráneo repleto de tramos de servicios públicos activos y el muelle de carga para todo el campus de 18 acres, que permaneció abierto durante los cuatro años de construcción. Todos los sistemas del edificio debían permanecer operativos.

AECOM Tishman supo desde el principio que en ciertas áreas se requeriría una excavación manual delicada, en lugar de excavadoras y excavadoras, para mitigar el riesgo de dañar las tuberías de alcantarillado, las líneas eléctricas y otros servicios públicos. "Era casi como si estuviéramos haciendo salvamento en lugar de demolición", dice Sciara.

Las condiciones del sótano también ataron las manos del ingeniero estructural, ya que limitaron las ubicaciones de las columnas del sótano de la pared del cañón y sus cimientos a seis puntos principales, dice Roelofs.

Después de dibujar a mano las rutas de carga, Arup ejecutó su propio modelo 3D, utilizando un modelo de geometría 3D generado por Studio Gang, y lo convirtió en el modelo de análisis estructural. "Fue un tira y afloja" durante el diseño para ubicar las aberturas de las paredes y los puentes del cañón en función de las necesidades programáticas y aún así crear rutas de carga lógicas a los puntos de contacto, dice Roelofs. "El acto de cortar el modelado fue un desafío técnico", agrega.

El diseño del acero de refuerzo del cañón, que sirve como forma para los contornos amorfos, requería aplicar geometría de coordenadas. Muchas de las barras tuvieron que ser predobladas. Las tolerancias eran estrictas para los empotramientos de paredes tanto para recibir los pisos de placa plana como para colgar los paneles de revestimiento exterior de granito.

COST de Wisconsin prefabricaba las jaulas de barras de refuerzo para la pared de la entrada oeste en su planta, pero las barras de refuerzo instaladas de manera convencional para las paredes del cañón.

Para los muros, el primer gran paso en el sitio fue la instalación de formas de tubería vertical, siguiendo los contornos generales de los futuros muros, para guiar el camino de descanso de las jaulas de barras de refuerzo prefabricadas. Las cuadrillas colgaron las formas de tubería, que se extendían de piso a piso, en la parte inferior de la losa de arriba o las colocaron en el piso de abajo.

Cada forma de tubería fue inspeccionada en una posición exacta. Las tuberías, espaciadas cada pie o dos, tenían separadores: tuercas roscadas soldadas, cada una codificada por color para asignarla a un perno codificado de manera similar en una jaula de barras de refuerzo.

Los equipos colocaron la "salpicadura trasera" de malla metálica a los separadores y luego a la barra de refuerzo, también colocada con precisión para dar forma a la geometría. Cada barra fue etiquetada y etiquetada individualmente para ir a un lugar determinado.

Luego, un bombero certificado siguió con la capa gris de hormigón proyectado, comenzando en la base. No había una sección rociada típica. El tamaño variaba según la complejidad de la sección, de 5 pies a 20 pies de largo, aunque la altura de un levantamiento era típicamente de 8 pies. La profundidad también variaba.

Los paneles de muro cortina se cuelgan de empotramientos colocados en el hormigón proyectado del muro exterior curvo de la ampliación, colocados entre edificios existentes. Foto cortesía de AMNH

El trabajo en la capa gris comenzó en la base y continuó hasta la parte superior del edificio. Los equipos comenzaron con la capa de acabado blanco en la parte superior y continuaron hacia abajo.

La capa gris se diseñó para soportar el edificio en la condición temporal, bajo cargas de construcción, de modo que se pudiera quitar el apuntalamiento.

Había dos equipos trabajando en el hormigón proyectado, dice AECOM Tishman. La barra de refuerzo tuvo que estar envuelta por un 1/2-in. cubierta gruesa de material gris.

Durante la construcción de los dos puentes que cruzan el atrio, vigas temporales de acero soportaron el peso del hormigón proyectado. La secuencia de construcción del puente fue vigas de acero, barras de refuerzo, hormigón proyectado y remoción de vigas.

La operación de hormigón proyectado se complicó por el clima frío y la necesidad de calentar el área de trabajo para que el hormigón pudiera curarse adecuadamente. Los muros estructurales tardaron unos 30 días en curarse.

No se requirieron juntas de control, dice Arup. Pero COST de Wisconsin tuvo que resolver las juntas frías de la capa blanca arquitectónica con el arquitecto, que no quería que las juntas verticales u horizontales interfirieran con el aspecto natural.

COST había planeado comenzar la construcción de la pared, incluidas las tuberías, las barras de refuerzo y la capa gris, en el lado norte del espacio del atrio en el nivel uno y trabajar en el lado sur, moviéndose en forma de sacacorchos hacia arriba del edificio antes de caer con el blanco. capa de acabado Pero sobre todo, el hormigón proyectado siguió a la compleja instalación de barras de refuerzo, lo que impulsó el cronograma. Las paredes del cañón contienen 453 toneladas de barras de refuerzo.

Los trabajadores accedieron al espacio a través de una plataforma temporal en el vacío del atrio, llamada pista de baile, y otros medios. Cada brote fue de 5 a 50 yardas cúbicas, dependiendo de lo que estaba disponible.

La construcción general comenzó en la primavera de 2019. Antes de eso, el museo y AECOM Tishman trabajaron durante más de dos años para despejar el sitio y/o desviar, cuando fuera necesario, la infraestructura crítica "viva" del patio de servicio del museo.

El trabajo de excavación y cimentación comenzó en mayo de 2019 y concluyó en octubre de 2020. Pero hubo una suspensión de la construcción durante aproximadamente 4 meses y medio, desde mediados de marzo hasta mediados de agosto de 2020, debido al COVID-19. Hubo otros retrasos de COVID-19 en el proyecto relacionados con líneas de suministro interrumpidas, pero ninguno de ellos suspendió por completo la construcción, según el museo.

El hormigón de la superestructura convencional, incluidas las columnas perimetrales y las losas soportadas por una plataforma temporal y apuntalamiento dinámico para los extremos de las losas antes de la instalación del hormigón proyectado estructural, se llevó a cabo desde septiembre de 2020 hasta abril de 2021.

Luego, las cuadrillas instalaron las tuberías y las barras de refuerzo para las paredes de hormigón proyectado, seguidas de la capa estructural, desde abril de 2021 hasta septiembre pasado. Cuando eso estuvo completo, las cuadrillas quitaron el apuntalamiento dinámico para las losas. Luego, trabajando de arriba hacia abajo, dispararon la capa de hormigón proyectado blanco, que se terminó con llana.

Desde noviembre de 2021 hasta diciembre pasado, los trabajadores construyeron el muro cortina. A partir de enero de 2021, el edificio estaba cerrado y protegido del clima, dice el museo. La finalización sustancial fue el mes pasado, incluida la mayor parte del trabajo de acondicionamiento.

En la mente del equipo de diseño y construcción, aunque hubo innumerables desafíos, la operación de hormigón proyectado está impresa como la más difícil. Todas las restricciones se conocían en el momento de la oferta, dice Sciara de AECOM Tishman. Ella agrega: "Sabíamos de antemano sobre los impedimentos y los incorporamos al cronograma".

Nota del editor: este artículo se actualizó el 5 de mayo.

Nadine M. Post, editora general de ENR para el diseño y la construcción de edificios, es una periodista galardonada con más de 40 años de experiencia cubriendo tendencias, problemas, innovaciones y proyectos desafiantes relacionados con los edificios. Post ha escrito sobre muchos gigantes de la industria, incluidos nueve ganadores del Premio a la Excelencia ENR. Y ha cubierto desastres, fallas y ataques, incluido el atentado con bomba de 1993 y la destrucción del World Trade Center en 2001. Una muestra de las historias de proyectos de Post incluye la remodelación del World Trade Center; el Burj Khalifa de 828 metros de altura; la Sala de Conciertos Disney de Los Ángeles; y Experience Music Project de Seattle, Biblioteca Central, Bullitt Center y Rainier Square Tower. En 1985, Post escribió el libro de McGraw-Hill Restaurando la Estatua de la Libertad (1986) para los arquitectos de la restauración: Richard S. Hayden y Thierry W. Despont.