Consideraciones generales para el diseño y construcción de edificios altos en Panamá. Dr. Oscar Ramírez.

1. Oscar M. Ramírez, Ph.D.
Profesor de Mecánica Estructural
Facultad de Ingeniería Civil
Universidad Tecnológica de Panamá
Presidente
Ing. O. M. Ramírez y Asociados
Consideraciones del Diseño y Construcción de
Edificios Altos en Panamá
Sao Paulo, Brasil
Abril, 2011
Escola de Engenharia, USP. Instituto de Engenharia
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

2. 1. Introducción
2. Sistemas de Cimentaciones
3. Sistemas de Pisos
4. Sistemas de Resistencia y Rigidez Lateral
5. Ensayos de Túnel de Viento y Tecnologías de Atenuación
6. Sistemas Especiales
7. Costos de Construcción
Contenido
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

3. 1. Introducción
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

4. Santiago
David
Chitré
Colon
Panama
Pacific Ocean
Caribbean Sea
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

5. N
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

6. Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

7. Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Punta Paitilla
Punta Pacifica
Costa del Este

8. Perfil de Suelo en Zona de
Costa
Costa del Este
26-40m
Punta
Paitilla
H=0.00
Punta
Pacífica
H=6 – 12m
Ave. Balboa
H= 8 – 26m
Arcilla Orgánica
Arcilla Orgánica
Limos
Roca Meteorizada
Limos
Roca Met.
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9. A. Provisiones Locales
Reglamento Estructural Panameño: REP
CEP-76 (Design guidelines not enforced by law)
REP-84, REP-94, REP-04 (Design Provisions enforced by law)
B. Documentos de Referencia/Códigos/Normas
SEAOC, BOCA, NEHRP, ASCE-7/ ACI, AISC / AWS, ASTM
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10. 1. T = f (k ,m) ≥ 1.0 s
2. La respuesta es controlada por condiciones de servicio
Que es un edificio alto?
Sismo, E
Viento, W
H
Gravedad G: D, L
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11. Cargas
Cargas de Gravedad
Carga Muerta: D
Cargas Vivas: L
Cargas Laterales
Cargas de Viento: W
Cargas de Sismo: E
Acciones adicionales
Flujo Plástico
Acortamientos Axiales
Gradientes Térmicos
Cargas de Impacto
Cargas de Construcción
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12. Cargas vivas:
Cargas
uniformes
(kN/m2)
Carga
concentrada
(kN)
Residencial 2,00 1,80
Corredor 4,00 4,50
Habitaciones del hotel 2,00 1,80
Zonas de reunión públicas 5,00 3,60
Salas de equipos 7,50 4,50
Estacionamientos – coches y camionetas
ligeras 2,50 9,00
Casino 5,00 3,60
Tiendas 4,00 3,60
Jardín de la terraza 5,00 3,60
Restaurante 5,00 3,60
Plataforma de despegue y aterrizaje de
helicópteros A confirmar A confirmar
Cuartos de baño 5,00 3,50
Carga viva de la construcción 1,50 -
Cargas de Uso u Ocupación
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13. Santiago
David
Chitré
Colon
Panama
Velocidad Básica
3-s Ráfaga
50-yr retorno
V : 140 km/hr
REP-04
Pacific Ocean
Caribbean Sea
V : 115 km/hr
REP-04
Cargas de Viento
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14. Presión negativa o succión
Dirección del Viento
Presión negativa o succión
Presión negativa o succión
Presión positiva o
empuje
1. Desplazamientos
2. Aceleraciones
3. Velocidad Torsional
Cargas de Viento
qICCp
KVq
qe
2
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15. Métodos de Análisis
1. Método Estático: Supone que el edificio es rígido y empotrado en su base
2. Método Analítico Detallado: Método Dinámico Analítico - Aproximado
3. Método de Ensayos de Túnel de Viento: Método Experimental
Cargas de Viento
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16. Panama
Carga Sísmica
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17. Oscar M. Ramírez, Ph.D.
Ciudad de Panama
Aa=Av=0.15Ciudad de David
Aa=Av=0.27 REP-04
REP-2004
10% en 50 Años
Tr: 475 años
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Carga Sísmica
R
C
W
C
S aS
a
5.2
3
2
.
2.1
TR
C
W
C
S vS
a
AAA
VVV
AFC
AFC

18. Coeficientes de aceleración
Ciudad Aa Av
Coeficientes de aceleración
Ciudad Aa Av
Aguadulce 0.14 0.14
Aligandí 0.19 0.19
Almirante 0.21 0.21
Bocas del Toro 0.21 0.21
Boquete 0.18 0.18
Changuinola 0.24 0.24
Chepo 0.20 0.20
Chiriquí Grande 0.18 0.18
Chitré 0.15 0.15
Chorrera 0.13 0.13
Colón 0.15 0.15
Concepción 0.22 0.22
Coronado 0.12 0.12
David 0.21 0.21
El Real 0.22 0.22
El Valle
0.12 0.12
Jaqué 0.22 0.22
La Palma 0.21 0.21
Las Tablas 0.17 0.17
Panamá 0.15 0.15
Penonomé 0.11 0.11
Portobelo 0.17 0.17
Puerto Armuelles 0.25 0.25
Puerto Obaldía 0.21 0.21
Santiago 0.15 0.15
Soná 0.17 0.17
Tonosí 0.20 0.20
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Carga Sísmica

19. g
G
v is
n
i si
i
n
i
i
s
v
d
d
v
1
1
md
n
i
i 30
1
G1, , d1
d2
d3
G2, ,
G2, ,
Caracterización del Sitio
Carga Sísmica
• Cross-Hole
• Down-Hole
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• Suelos Tipo
A, B, C, D, E, F

20. ESPECTROS REP-04
(influencia del suelo)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
PERIODO T, seg
Cs.R
Suelo Tipo E
Suelo Tipo D
Suelo Tipo C
Suelo Tipo B
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Carga Sísmica

21. Sistema
Lateral
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
n
i
hiH EE
1
Ductilidad
Rotación
“R” – Factor de Modificación de Respuesta
Marcos de Momento
Muros Portantes
Muros de Corte
Sistemas Duales
Ductilidad Según
ACI-318
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Carga Sísmica

22. Métodos de Análisis Sísmico
FLE: Método de Fuerza Lateral Equivalente
AME: Método de Análisis Modal Espectral
LTHA: Análisis Lineal de Historia del Tiempo
NTHA: Análisis No-Lineal de Historia del Tiempo
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Carga Sísmica

23. Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
ETABS
SAFE
ADAPT
PCA-COLUMN
L-PILE
SAP-2000

24. 2. Sistemas de Cimentaciones
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25. NSN
Transferencia
de grandes cargas
a estrato de
desplante
Sistema de
Cimentaciones
Roca
Roca
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G W, E
W, E
G

26. Sistema de Cimentaciones
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27. Sistema de Cimentaciones
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28. “Socket”
Pilote
Cabezal
Viga de Amarre
Sub-base
Columna/Muro de Corte
Roca Sana
Sistema de Cimentaciones
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29. Sistema de Cimentaciones
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30. Sistema de Cimentaciones
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31. Sistema de Cimentaciones
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32. Sistema de Cimentaciones
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33. Prueba de Carga de
Pilote: Celda de
Osterberg
pc
pc
CELDA
P
Sistema de Cimentaciones
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34. Sistema de Cimentaciones
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35. N000
Roca
NSN
Transferencia
de grandes cargas
a suelo de
desplante
Sistema de Cimentaciones
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G W, E

36. suelo
roca
Sistema de Cimentaciones
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37. Sistema de Cimentaciones
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

38. Sistema de Cimentaciones
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39. 3. Sistemas y Elementos de Pisos
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40. Sistemas de Losas Bi-direccionales
Sistemas de Pisos
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41. Sistemas de Pisos
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Tipo de Elemento Espesor
Losas 1D L/48
Losas 2D L/45
Losas 2D + Capiteles (L/6) L/50
Losas 2D + Viga 2D L/55
Losas “waffle” (5x5) L/35
Vigas Profundas, b = h/3 L/20
Vigas Chatas, b = 3h L/30
Espesores Aproximados- criterio de deflexiones
Revisar criterios de espesores y recubrimientos para protección al fuego

42. Sistemas de Pisos
L = 0.05 L1
L = 0.05 L1
L1
f
2
1
1
1
8
L
Pf
q
12 9qq12 9qq
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43. Sistemas de Pisos
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44. 4840
270000
4000´
L
t
psif
psif
pu
c
Sistemas de Pisos
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45. Sistemas de Pisos
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
• Tendones adheridos
7 alambres de baja relajamiento
Fpu: 18900 Kg/cm²
• Refuerzo para atender solicitación
de cargas de gravedad y fracción
de cargas laterales
• f´c: 281-350 kg/cm²
• t = 20-23 cms

46. Sistemas de Pisos
Transferencia de momentos por carga lateral
Flexión no uniforme de junta
losa-columna bajo carga lateral
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47. COLUMNA
EST. #3
@ 0.10
@ 0.10
EST. #3
PLANTA
VER PLANTA
EN COLUMNA
AC. REFUERZO
EN LOSA - VER
AC. REFUERZO
Sistemas de Pisos
)36.11(053183.0
)41.11(0531817.0
´
´
ACIvffv
ACIfvvv
J
M
A
V
v
ppccpc
cscpn
c
CD
c
uv
c
u
u
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

48. 4. Sistemas y Elementos de
Resistencia y Rigidez Lateral
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49. Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
56 stories 64 stories
Aquamare Aqualina
32 stories 34 stories
Mar Abierto H2O
20 stories
Amador Terrace

50. Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Ocean Q
75 pisos
256 m
75 pisos
275 m
87 pisos
350 m
83 pisos
300 m
Los Faros Arts Waters

51. Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
TORRE FINANCIERA
• Altura: 450 m
• Estructura de Concreto Reforzado
• Sistema Lateral
Muros de Corte + Outriggers
• Sistema de Gravedad
Columnas y Muros Portantes
Losas P/T
• Sistema de Cimentacion
Losa “mat”

52. Palacio de la Bahia
94 pisos
Sistema de Gravedad
 LOSAS POSTENSADAS
 COLUMNAS
Sistema Lateral
 MUROS CORTANTE
 OUTRIGGERS
Cimentación
 LOSA DE CIMENTACION
SOBRE ROCA
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53. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

54. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
outrigger
outrigger
outrigger

55. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

56. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

57. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

58. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

59. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
VIENTO ASCE-7-95
Clasificación del sitio : Categoría III
Categoría de Exposición: Tipo D
Factor de Importancia: 1.15
Derivas: H/360 – H/400

60. Sistema Lateral
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SISMO ASCE-7-95
Clasificación del Edificio : III
Categoría de Desempeño C
Clasificación del Sitio: Tipo C
Factor de Modificación de Respuesta, R 5.5
Control de Derivas: 0.015h

61. Sistema Lateral
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 AREA CONSTRUIDA: 265.000 m2
 VOLUMEN DE CONCRETO: 130.000 m3
 ACERO DE REFUERZO 19.500 ton
 CABLE DE TENSIONAMIENTO: 5.000.000 pies

62. Sistema Lateral
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N 000
N -100
Roca Sana
qa = 300 t/m²
C= 32.5 t/m²
Sótano
Planta Baja
Suelo Residual
6-20 m
Suelo Tipo “D”

63. Sistema Lateral
CondosHotelAtri
o
Mástil
Arco
Arco
Muros de Corte Centrales
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64. Sistema Lateral
“Muro de Corte + Outrigger"
“Muros de Corte Acoplados"
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65. Podium + Pilas
TRUMP
OCEAN CLUB
Sistema Lateral
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66. Muros de Corte Acoplados
Núcleo de Elevadores
TRUMP
OCEAN CLUB
Sistema Lateral
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67. Mastil en Extremo Sureste
TRUMP
OCEAN CLUB
Sistema Lateral
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68. Costillas Curvas de Amarre de Núcleo a
Mastil
TRUMP
OCEAN CLUB
Sistema Lateral
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69. “Outriggers” en Tres Alturas
TRUMP
OCEAN CLUB
Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

70. Losas de Piso
postensadas
TRUMP
OCEAN CLUB
Sistema Lateral
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71. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

72. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

73. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
ey
ex
T
W

74. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

75. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Outrigger

76. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Nivel 3600

77. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

78. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

79. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

80. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

81. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Viga de Acople
Elemento de Borde
Alma del Muro
MURO DE CORTANTE

82. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

83. Sistema Lateral
C
T
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84. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

85. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

86. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

87. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

88. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
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89. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

90. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
H= 254 m
H=340 m
H=286 m
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91. Sistema Lateral
Cimentación Losa de Cimentación – “Mat”
Zapatas
Muros de Reten – Tipo Pantalla
Sistema de Gravedad Placas Postensadas de Piso
Columnas de Concreto Reforzado
Muros de Carga
Sistema Lateral Muros de Corte Acoplados
Amortiguamiento pasivo
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92. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

93. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

94. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

95. Sistema Lateral
Concretos
Columnas f´c: 420 – 630 kg/cm²
Muros f´c: 350 – 560 kg/cm²
Vigas y Losas f´c: 281 – 350 kg/cm²
Losas Sobre Suelo f´c: 210 kg/cm²
Losas de Cimentación f´c: 281 – 350 kg/cm²
Concreto de Trabajo f´c: 105 kg/cm²
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Pisos Espesor de Muros
(mm)
51-arriba 300
33-50 450
14-32 600
7-13 750
2-6 750
0-1 1000
-1 -2 1250

96. Ld
Ld
VARIA
Avh, a/c Ld
Y-8
ln
As Av, a/c Ld
Y-8
As
As
VARIA
VARIA
As
Av, a/c
Avh, a/c
VARIA
Ld
Ld
Y-9
Ld
Ld
ln
Avh, a/c
Av, a/c
As
Y-9
Av, a/c
As
Avh, a/c
VARIA
VARIA Elementos de Borde
Vigas de Acople
Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

97. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

98. Acortamiento Axial Diferencial
1. Acortamiento de columnas
2. Asentamiento de cimentación
ij
Acortamiento Elástico – Inmediato
Flujo Plástico
Compensación por Carga Incremental de
Construcción?
Mij
Mji
Objetivo del diseño
z = Constante
Sistema Lateral
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99. Sistema Lateral
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

100. Sistema Lateral
Los Faros de Panama
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101. 5. Ensayos de Túnel de Viento y
Nuevas Tecnologías
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

102. magnitud y distribución de presiones, direccionalidad, aceleraciones,
velocidades torsionales, desplazamientos, amortiguamiento, optimización
Ensayos Túnel de Viento
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

103. Estudios Climatológicos
Estaciones en Aeropuertos
de Albrook, y Tocúmen
REP-04
V = 115 km/hr
V = 140 km/hr
Ensayos Túnel de Viento
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

104. Prepared by: L Aurelius
Date: 31st July 2006
Status:
Preliminary
Drawing N.:
43691AS008
43691 – Los Faros de Panama – Tower 3
Axis System Definition
Fx+
Fz+
Top
Of
Podium
Floor PlanElevation
Mz+
0 deg
North
90 deg
East
180 deg
South
270 deg
West
Fx+
Fy+
Prepared by: L Aurelius
Date: 31st July 2006
Status:
Preliminary
Drawing N.:
43691AS008
43691 – Los Faros de Panama – Tower 3
Axis System Definition
Fx+
Fz+
Top
Of
Podium
Floor PlanElevation
Mz+
0 deg
North
90 deg
East
180 deg
South
270 deg
West
Fx+
Fy+
Estudios de Direccionalidad del Viento
Ensayos Túnel de Viento
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

105. Canadá: Davenport, University fo West Ontario
RWDI, West Ontario.
USA: RWDI, Miami.
Forth Lincon, Denver.
UK: BMT, London.
Ensayos Túnel de Viento
Aqualina Waters
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106. The Trump Ocean Club. Panama.
RWDI – West Ontario
Ensayos Túnel de Viento
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107. (2.4)
(4.4)
(3.84)
(0.47)
(0.79)
Ensayos Túnel de Viento
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The Trump Ocean Club. Panama.
RWDI – West Ontario

108. Modelo a Escala 1:450
Prueba de Túnel de Viento
BMT - London
Los Faros de Panama
Panama
Ensayos Túnel de Viento
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

109. Y direction deflection at 301m - Los Faros de Panama
Code wind load, deflection from GSA model
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0
Period Y-axis (s)
PeakDeflection(mm)
R=50year
β = 1%
β = 2%
β = 5%
β = 8%
β = 10%
H/360
H/300
Desplazamiento
Periodo Fundamental
Amortiguamiento
Ensayos Túnel de Viento
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110. Nuevas Tecnologías
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

111. Amortiguadores Viscosos
Nuevas Tecnologías
linealno
linealSi
xsignoxcFd
;0.1
;0.1
.. 
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112. Nuevas Tecnologías
M
m
kd,cd
k,c
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113. Ensayos Túnel de Viento
Original
Modified
25%
Reducción del Momento
En la Base
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

114. Nuevas Tecnologías
Pinnacle
Damper
Main
Tower
Damper
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115. Nuevas Tecnologías
TMD Park Hyatt, Chicago
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

116. Nuevas Tecnologías
College Park III, in Toronto
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

117. Nuevas Tecnologías
Bloomberg Tower, New York
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

118. Diseño de Edificios Altos
6. Sistemas Especiales
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

119. Sistema Pararrayos
Captación
• Puntas captadoras simples
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama
Conductores
• Generalmente en almas de las
columnas (según NFPA)
• 2 conductores adicionales por torre
en bajantes
• Acceso a conductores en todas las
plantas técnicas

120. Fachadas - Sistema Modular
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121. Sistema automático de recolección de basuras
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

122. Sistema de protección contra incendios
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123. ESTUDIO DE SIMULACIÓN DE
EVACUACIÓN
Tiempo aproximado de
evacuación 45 minutos
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124. Energía Solar
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

125. Planta de tratamiento de aguas servidas
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126. 7. Costos de Construcción
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127.  Materiales - Concreto
 Portland Cemento Tipo I: Superestructura
 Portland Cemento Tipo II: Estructuras Soterradas
2
3
´
000,438000,253
2400
)120004000(²/840281
cm
kg
E
m
kg
psicmkgf
c
c
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128.  Acero de Refuerzo


 #3 bar o menor: Fy = 40 ksi Grade 40

 #4 bar o mayor: Fy = 60 ksi Grade 60
 Modulo de Elasticidad = 56400(f´c)0.5
 Barras ASTM A615 - A706
 Tendones no Adheridos, de ½” – 7 alambres, Baja
Relajación
 fpu= 270 ksi
Diseño y Construcción de Edificios Altos en Panama

129. COSTO vs ALTURA
0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
No. de Pisos
Cost/Area,USD$/m²
Total
Columns
Lateral Framing System
slab
Costos
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130. Gracias !!!
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