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

Hace casi una década, al comienzo del diseño conceptual de la ampliación de relleno de 230.000 pies cuadrados del Museo Americano de Historia Natural en Manhattan, las conversaciones con posibles contratistas hicieron evidente que el encofrado rígido convencional para los muros de carga interiores ondulados y no repetitivos, diseñados 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", 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 y que se inaugurará. 4 de mayo. “La barrera contra las curvas suele ser el encofrado”, añadió 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 estaba convencido del método.

Los muros de carga del atrio del vestíbulo, diseñados para evocar un cañón, presentaron 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 añade que el hormigón proyectado también se prestaba para expresar la estructura del cañón y la “habilidad y destreza de las personas que lo hicieron”.

No hay duda 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 sencilla que el encofrado rígido para los seis niveles de muros de carga curvilíneos que desafían toda descripción y que rodean el atrio con claraboya 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 a cuevas" amorfas al edificio convencional, se encontró entre la espada y la pared. No sólo las paredes del cañón están literalmente fuera de la red, sino que no hay repetición en la estructura de hormigón proyectado. Tampoco existía ningún precedente para una estructura de hormigón proyectado asimétrica y arquitectónicamente expresada a tal escala.

Así que el equipo hizo todo lo posible, incluido el modelado 3D de cada barra de 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, 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, el litigio resuelto relacionado con la invasión del edificio en el parque circundante y los impactos de COVID-19, incluida la interrupción de la cadena de suministro. La financiación proviene de fuentes municipales, estatales y privadas, 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 con 10 edificios de museos existentes, algunos de los cuales datan de 1874. Esto eliminó los callejones sin salida en el recorrido por el museo, lo que mejora la circulación y la experiencia del visitante, dice Gang.

Para el proyecto se eliminaron tres edificios. Eso permitió que alrededor del 80% de la ampliación se ubicara dentro del espacio del museo existente. Y eso se tradujo en invadir sólo 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 inmersivo de 5800 pies cuadrados, un restaurante, una tienda del museo y una biblioteca y centro de aprendizaje. Pero lo que llama la atención visual del diseño, y el hueso más difícil de resolver 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. Las paredes tienen aberturas amorfas para la circulación hacia los pasillos y habitaciones del edificio.

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

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

Shotcrete es un método cercano para aplicar concreto húmedo proyectado a alta velocidad. La mezcla se bombea a través de una manguera hacia 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 convencional moldeado in situ, "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 utiliza 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 comenzar 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 cambio, una malla metálica densa y flexible, que permanece en su lugar después del disparo, sirve como telón de fondo para evitar que el hormigón proyectado se derrame por la cara posterior mientras se “dispara”. En el museo, el acero de refuerzo da forma a la pared y, en esencia, sirve como forma.

El diseño estructural de las paredes del cañón se complicó por la necesidad de encontrar caminos de carga hasta solo seis puntos de aterrizaje 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.

Los equipos primero construyeron las columnas perimetrales de concreto reforzado convencional alrededor de tres lados del edificio, seguidas por 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 las paredes de concreto proyectado estuvieran en su lugar.

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

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

El trabajo del cañón eclipsó el proyecto. Pero había otras cuestiones. Un impedimento importante 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 sería necesaria una delicada excavación manual, en lugar de excavadoras y excavadoras, para mitigar el riesgo de dañar tuberías de alcantarillado, 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 la ubicación 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 al modelo de análisis estructural. "Fue un tira y afloja" durante el diseño ubicar las aberturas de las paredes y los puentes del cañón según las necesidades programáticas y aun así crear rutas de carga lógicas hacia los puntos de aterrizaje, dice Roelofs. "El acto de corte del modelado fue un desafío técnico", añade.

La disposición del acero de refuerzo del cañón, que sirve como forma para los contornos amorfos, requirió la aplicación de una geometría de coordenadas. Muchas de las barras tuvieron que estar predobladas. Las tolerancias fueron estrictas para los empotramientos de las paredes tanto para recibir los pisos de placa plana como para colgar los paneles de revestimiento exterior de granito.

COST of Wisconsin prefabricó las jaulas de barras de refuerzo para el muro de la entrada oeste en su planta, pero instaló barras de refuerzo de manera convencional para las paredes del cañón.

Para los muros, el primer paso importante en el sitio fue la instalación de encofrados de tuberías verticales, siguiendo los contornos generales de los futuros muros, para guiar el camino de aterrizaje de las jaulas de barras de refuerzo prefabricadas. Los equipos colgaron las formas de tubería, que se extendían de piso a piso, de la parte inferior de la losa de arriba o las colocaron en el piso de abajo.

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

Los equipos colocaron la “salpicadura posterior” de malla metálica a los separadores y luego a las barras de refuerzo, también dispuestas con precisión para dar forma a la geometría. Cada barra fue etiquetada y etiquetada individualmente para ir a un lugar determinado.

A continuación, un técnico certificado aplicó la capa gris de hormigón proyectado, empezando por la base. No había una sección típica fumigada. El tamaño variaba según la complejidad de la sección, de 5 a 20 pies de largo, aunque la altura de un elevador era típicamente de 8 pies. La profundidad también variaba.

Los paneles de muro cortina se cuelgan de incrustaciones colocadas en el hormigón proyectado de la pared exterior curva de la ampliación, situada entre los 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 blanca en la parte superior y avanzaron hacia abajo.

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

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

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

La operación de shotcrete se complicó por el clima frío y la necesidad de calentar el área de trabajo para que el concreto pudiera curar adecuadamente. Las paredes estructurales tardaron alrededor de 30 días en curarse.

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

COST había planeado comenzar la construcción del muro, incluyendo tuberías, barras de refuerzo y la capa gris, en el lado norte del espacio del atrio en el nivel uno y trabajar hacia el lado sur, moviéndose en forma de sacacorchos hacia arriba del edificio antes de bajar con el muro blanco. capa de acabado. Pero sobre todo, el hormigón proyectado siguió la compleja instalación de las 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 tenía entre 5 y 50 yardas cúbicas, dependiendo de lo que estuviera 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.

Los trabajos de excavación y cimentación comenzaron en mayo de 2019 y finalizaron en octubre de 2020. Pero hubo una suspensión de la construcción durante aproximadamente cuatro meses y medio, desde mediados de marzo hasta mediados de agosto de 2020, debido al COVID-19. Hubo otros retrasos por COVID-19 en el proyecto relacionados con líneas de suministro interrumpidas, pero nada de eso suspendió por completo la construcción, según el museo.

El hormigón de la superestructura convencional, incluidas las columnas perimetrales y losas sostenidas 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, los equipos instalaron las tuberías y las barras de refuerzo para las paredes de hormigón proyectado, seguido de la capa estructural, desde abril de 2021 hasta septiembre pasado. Cuando estuvo completo, las cuadrillas retiraron el apuntalamiento dinámico de las losas. Luego, trabajando de arriba hacia abajo, dispararon la capa de shotcrete blanco, que fue terminada 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 contra las inclemencias del tiempo, afirma el museo. El mes pasado se completó una parte sustancial, incluida la mayor parte del trabajo de acondicionamiento.

En la mente del equipo de diseño y construcción, aunque hubo innumerables desafíos, la operación de shotcrete es considerada la más difícil. Todas las limitaciones se conocían en el momento de la oferta, afirma Sciara de AECOM Tishman. Y añade: "Sabíamos de los impedimentos de antemano 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 ENR a la Excelencia. Y ha cubierto desastres, fracasos y ataques, incluido el bombardeo 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 el Experience Music Project de Seattle, la Biblioteca Central, el Bullitt Center y la 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.