Aparte de los skyscrapers emblemáticos encontramos otros muchos tipos de torres de hormigón en aplicaciones donde sus funciones son predeterminantes para el diseño. Su diversidad y las particularidades de diseño estructural se comentan en este artículo.

Lo que el término torre representa para cada individuo puede llegar a ser muy diferente, incluso en el ámbito técnico hay una gran variedad de aplicaciones y funciones que sorprenden.

torres hormigón - ziguratGeneral Noble Redwood Tree House, Washington DC. Parque eólico de Pougny, Nièvre.

 

Siendo así y para abarcar de la mejor manera una determinada parte, nos limitaremos a particularizar los casos donde el hormigón es el material estructural predominante en las torres.

La primera parte de este artículo describe las particularidades de diseño y en una segunda se tratarán los diferentes tipos de torres según su función principal.

Resulta muy enriquecedor pararse en el desarrollo histórico de formas, materiales y funciones para la construcción de torres –desde los Helépolis griegos y los obeliscos del antiguo Egipto hasta las torres de comunicación de Vladimir Šuchov- que aquí no se puede más que recordar, véase también [1].

La lista de las estructuras más altas -incluidas chimeneas, torres de televisión, estatuas o minaretes- puede consultarse en [2], mientras que los edificios altos –rascacielos– son un tipo de estructura más conocido y por ello no parte de este artículo. Para la lista actual de los más altos véase [3].

Diseño estructural

Hay una serie de aspectos que generalmente se dan en este tipo de estructuras y que no son tan relevantes en otros casos. Determinadas comprobaciones son muy particulares para cada aplicación y son tratadas en el punto siguiente.

Las acciones horizontales
La acción del viento tiene un papel fundamental en el diseño mientras su naturaleza estocástica resulta compleja (variabilidad en el tiempo y altura, turbulencias, ráfagas, excitaciones dinámicas).

Efectos de segundo orden
Teniendo en cuenta el peso propio de la estructura de hormigón, las cargas de maquinaria en cabeza (torres eólicas) o los conductos y revestimientos (chimeneas), la importancia de estos efectos se hace patente con deformaciones en cabeza que pueden alcanzar fácilmente varios metros.

De ahí que la no linealidad geométrica, los efectos de reducción de rigidez por fisuración de las secciones o la apertura de juntas entre piezas prefabricadas, el posible giro de la cimentación y los efectos dinámicos son imprescindibles de evaluar.

Relación momento-curvatura sección de hormigón armado [4]


Efectos dinámicos
Las excitaciones habituales son debidas o bien a la acción del viento, siendo éste variable o la causa de desprendimientos periódicos de remolinos o las producidas por partes móviles como rotores y palas. En este último caso, solamente métodos aeroelásticos altamente especializados y fuera del ámbito del diseño estructural usual son capaces de determinar los esfuerzos dinámicos.

Efectos de temperatura
Aun en estructuras isostáticas, en el diseño de las armaduras horizontales las coacciones debidas a una distribución no uniforme de temperatura ha dado lugar a casos de patología graves por agrietamiento vertical, y fallo posterior debido a la falta de integridad de la sección transversal. El análisis de estas acciones conjunto con las presiones no uniformes de viento exige métodos de cálculo no lineales.

Efectos de agrietamiento vertical [4]

Cimentaciones
El tamaño necesario para los cimientos está condicionado por los importantes momentos flectores y esfuerzos horizontales. Siendo importante los efectos de segundo orden, el análisis de la interacción suelo-cimentación no solamente exige datos geotécnicos específicos sino también modelos de cálculo avanzados. La diversidad de las soluciones realizadas da fe de la riqueza imaginativa de sus ingenieros.

Proceso de ejecución
Las soluciones económicamente interesantes dependen de la rapidez del método de ejecución. Así, los encofrados deslizantes se descartan en los casos donde una solución prefabricada e industrializada garantiza plazos de montaje incomparablemente más cortos, y condiciones de trabajo más independientes de las condiciones climáticas in situ.

Aplicaciones y aspectos de diseño particulares

Chimeneas industriales
Pueden ser condicionantes las condiciones de exposición agresiva y las altas temperaturas en el interior, aunque los conductos de humos estén separadas de la estructura portante por una zona de ventilación. Las alturas pueden ser importantes, más de 400m en el caso de la central en Ekibastuz (Kazajistán). En la actualidad a raíz del tratamiento de los humos más exigente, estas alturas se hacen en general menos necesarias.

Ekibastuz GRES-2 Power Station

Antenas de telefonía móvil
El uso de piezas prefabricadas de hormigón pretensado constituyen una solución habitual. La técnica de centrifugado mediante moldes rotatorios ayuda a obtener elementos de alta compacidad y resistencia.

Torres de telecomunicaciones
El auge de estas torres -incluidas las así denominadas torres de televisión- en los años 70 y 80 llegó a requerir en algunos países una tipificación de los diseños para hacer frente a la alta demanda. Muy emblemáticos en el paisaje o en el entorno urbano, los aspectos arquitectónicos o escultóricos han dado lugar a torres de diseño bien particulares (Torre de comunicaciones de Montjuïc, Torre de Collserola en Barcelona).

Torres eólicas
Actualmente, no es raro encontrar alturas de buje de más de 150 m para poder aprovechar velocidades de viento más elevadas (un metro de altura adicional supone –grosso modo- un 1% más de energía), siendo más económico emplear construcciones de hormigón prefabricado o híbridas que las torres habituales de acero para alturas menores.

Interés especial cobran las frecuencias naturales de las torres para evitar fenómenos de resonancia con las excitaciones producidas por el movimiento de las partes móviles, y sobre todo la fatiga de los materiales que condiciona el diseño en muchos casos.

Vista interior de una torre eólica prefabricada con pretensado externo

Mástiles
A diferencia de las torres descritas anteriormente, estos elementos no son accesibles por el interior. Una variante de diseño son los mástiles atirantados.

Otras aplicaciones
Como punto final, con los tipos que se citan a continuación se abarca la mayoría de las aplicaciones actuales de torres de hormigón:
– Torres de agua, de control de tráfico aéreo y de refrigeración.
– Faros
– Silos de almacenamiento
– Plataformas petrolíferas
– Castilletes de extracción
– Torres solares
– Torres de vigilancia
– Monumentos y construcciones sacras
– Trampolines de salto de esquí

AUTOR:
Josef Mussnig. Profesor del Máster Internacional en Dirección Técnica de Proyectos de Estructuras de Zigurat Global Institute of Technology. Ingeniero Civil. PMP®. Ingeniero Civil por la Universidad Tecnológica de Viena. Ingeniero senior con 21 años de experiencia profesional en ingeniería de prefabricados y consultoría.

REFERENCIAS
(1) B. Pahl. Betonkalender 2006. Entwurf, Funktion und Konstruktion turmartiger Bauwerke. Berlin: Ernst & Sohn.
(2) List of tallest buildings and structures en: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tallest_buildings_and_structures
(3) Rascacielos más altos del mundo en: https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Rascacielos_m%C3%A1s_altos_del_mundo

(4) P.Noakowski, A.Harling. Reliable crack width prediction in EN 13084&CINCIND. Archives of Civil Engineering Vol. LXVI, Issue 1. Warsaw University of Technology, 2020. http://journals.pan.pl/Content/115101/PDF/1_Paper_626_do+druku_B5_met.pdf?handler=pdf