el Bow bajo control

Control geomático en la construcción de «The Bow»

«The Bow», con un coste de construcción estimado en 1.150 millones de euros, se convirtió en el mayor edificio de oficinas de Calgary y en uno de los edificios más altos de Canadá fuera de Toronto.

Durante la construcción de una estructura de estas características, el edificio puede perder temporalmente su posición vertical exacta debido a fenómenos como las dilataciones térmicas, la inclinación y la distribución desigual de las cargas.

Para hacer realidad un proyecto arquitectónico tan exigente e innovador, MMM Geomatics, Ledcor Construction y la empresa conjunta Supreme Walters —responsable de la fabricación y colocación de las vigas de acero— desarrollaron una innovadora red de control basada en una posición vertical «neutral» del edificio.

Este sistema combinaba tecnología de última generación, avanzados procedimientos geodésicos, estrictos controles de calidad y diferentes medidas de verificación que permitían obtener datos precisos en tiempo real.

Antes del inicio de las obras, MMM, empresa responsable de las mediciones de «The Bow», seleccionó, con el apoyo de Spatial Technologies Inc., su proveedor habitual de equipos topográficos, la instrumentación necesaria para establecer una amplia red de control horizontal y vertical. Esta red debía permitir la realización de mediciones precisas tanto en la propia obra como en su entorno.

El control horizontal principal estaba formado por tres estaciones externas de referencia. Estas estaciones se instalaron sobre bases firmes situadas en las proximidades de la obra, como estribos o contrafuertes. Para garantizar la máxima estabilidad posible, se mantuvo una distancia de seguridad adecuada respecto a la zona de construcción.

La determinación y supervisión de estas estaciones se realizó mediante una combinación de métodos topográficos convencionales y observaciones GPS estáticas.

Información en tiempo real

El sistema incorporaba también dos estaciones GPS de referencia permanentemente activas, utilizadas para la supervisión externa de la estructura. Estas estaciones registraban de forma continua datos cinemáticos en tiempo real, así como datos GPS brutos de código y fase destinados a aplicaciones de posprocesamiento de alta precisión.

MMM instaló además una red externa de control en las cubiertas de los edificios próximos a la obra. Esta red estaba compuesta por doce prismas de 360°, trípodes y soportes de Leica Geosystems. Sobre los prismas se colocaron antenas GPS que permitían realizar observaciones estáticas de estas marcas de control.

Durante tres meses, MMM llevó a cabo completas campañas de medición GPS estática. En la compensación de la red se combinaron las diferencias de posición obtenidas mediante GPS con mediciones convencionales de ángulos, distancias y desniveles.

Después de cada campaña se efectuaba una nueva compensación de la red y, cuando se detectaban variaciones estadísticamente significativas, se actualizaban las coordenadas correspondientes.

Durante la construcción, MMM instaló también un sistema de control específico en cada planta. Este sistema incluía, como mínimo, seis estaciones de control horizontal utilizadas para replantear y comprobar todos los elementos del edificio en cada nivel: la estructura de acero, los bordes de los forjados, la fachada, la retícula estructural y los huecos de los ascensores.

Las estaciones se materializaron inicialmente sobre el suelo de hormigón de la planta baja y se transfirieron verticalmente a las plantas superiores mediante una plomada láser. En cada nivel se realizaban las comprobaciones correspondientes mediante un riguroso sistema de control de calidad de las mediciones y los datos, aplicando posteriormente el método de mínimos cuadrados.

Para las tareas de replanteo de la obra, MMM utilizó dos estaciones totales motorizadas Leica TCRP1201 y una estación total Leica TS30 de 0,5 segundos.

La Leica TS30 se destinó a las aplicaciones que requerían la máxima precisión, entre ellas el ajuste del sistema de control de cada planta, que posteriormente era utilizado por los diferentes equipos de la obra como referencia horizontal.

Desplazamientos y desviaciones

Uno de los procedimientos más innovadores utilizados durante la construcción fue la instalación de una red de sensores de inclinación Leica Nivel220. Su función era supervisar y corregir las desviaciones respecto a la posición vertical neutral provocadas tanto por fuerzas naturales como por las propias cargas de la construcción.

Entre las fuerzas naturales que podían afectar al edificio se encontraban el viento y la radiación solar. Por su parte, las cargas derivadas del proceso constructivo podían provocar asentamientos o deformaciones diferenciales y generar una distribución temporalmente desequilibrada del peso del edificio.

Los movimientos de la estructura podían producirse durante periodos variables y respondían a influencias de corta duración, ciclos diarios y cambios estacionales.

Los inclinómetros de máxima precisión ya habían sido utilizados en algunos de los rascacielos más innovadores y complejos del mundo. Para evaluar la tecnología de nivelación de Leica Geosystems y comprobar su idoneidad para el proyecto, MMM colaboró estrechamente con Spatial Technologies Inc. y con varios especialistas de Leica Geosystems.

Además, se impartieron cursos de formación específicos a los técnicos de medición que participaban en la obra.

El Leica Nivel220 es un sensor de inclinación de dos ejes de alta precisión, con una resolución de 0,001 milirradianes. El instrumento utiliza un principio de medición optoelectrónico para determinar con precisión la inclinación, la dirección y la temperatura en tiempo real, y permite registrar los datos de manera continua.

La inclinación se mide respecto a una superficie horizontal de referencia y a lo largo de dos ejes perpendiculares entre sí.

El equipo de medición de MMM supervisaba, comprobaba y contrastaba las desviaciones registradas por los inclinómetros con los resultados obtenidos mediante los sistemas externos de control fijo y los procedimientos topográficos convencionales.

Principales desafíos

La supervisión continua del edificio mediante los prismas instalados en las cubiertas y la red principal de control demostró que los movimientos significativos del rascacielos comenzaron a detectarse aproximadamente a partir de la construcción de la planta 36.

Cuando se constataba un desplazamiento del edificio superior a 20 mm en una determinada dirección, los valores de replanteo se corregían en consecuencia.

Para garantizar el posicionamiento vertical preciso de los pilares situados por encima de la planta 36, se utilizaron procedimientos RTK-GPS.

Uno de los principales factores condicionantes del uso de sistemas GPS en entornos urbanos son las interferencias de señal y los efectos multitrayecto provocados por los edificios próximos. Sin embargo, estos problemas fueron disminuyendo a medida que avanzaba la construcción, ya que «The Bow» pronto superó la altura de las edificaciones de su entorno.

Por este motivo, los procedimientos RTK-GPS demostraron ser especialmente prácticos y precisos para el replanteo de las plantas superiores.

La estructura del edificio se desviaba continuamente de su posición vertical neutral como consecuencia de las fuerzas naturales y de las propias cargas de la construcción. Por ello, estas variaciones debían medirse y corregirse de forma permanente.

En determinados momentos se llegaron a registrar desviaciones superiores a 50 mm respecto a la posición teórica. La red de inclinómetros de alta precisión permitió determinar y compensar estos desplazamientos.

Los procedimientos GPS utilizados para posicionar los pilares de acero incluían la medición del punto central de cada pilar mediante periodos regulares de observación RTK de dos minutos.

Simultáneamente, los datos procedentes de la red de inclinómetros permitían determinar la desviación del edificio respecto a su posición vertical neutral.

Las desviaciones registradas durante cada periodo de observación GPS se aplicaban posteriormente a las coordenadas obtenidas. De este modo era posible determinar el movimiento real de cada pilar y calcular con precisión la desviación de la estructura respecto a la vertical.