Estructura de la estación intermodal Bir Mourad Raïs (Argel)

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www.e-ache.com HormigónyAcero2017;68(281):5–20 www.elsevierciencia.com/hya

Estructura

de

la

estación

intermodal

Bir

Mourad

Raïs

(Argel)

Structure

of

the

Bir

Mourad

Raïs

intermodal

station

(Algiers)

Domingo

Lorenzo

Esperante

,

José

Ramón

González

de

Cangas

y

José

Antonio

Crespo

Martínez

a_{Prof.Dr.IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,SILGA,S.L.,Madrid,Espa˜na} b_{Prof.Dr.IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,SILGA,S.L.,Santander,Espa˜na}

c_{IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,M.Sc.,SILGA,S.L.,Madrid,Espa˜na}

Recibidoel20dejuliode2016;aceptadoel6deseptiembrede2016 DisponibleenInternetel10dediciembrede2016

Resumen

EnesteartículosedescribenlascaracterísticasmássignificativasdelaestaciónintermodalBirMouradRaïsdeArgel,losaspectosmásrelevantes deldise˜noestructuraladoptadoyloscriteriosseguidosenelanálisis,enparticularloscorrespondientesalaconsideracióndelaacciónsísmica. Finalmenteseabordaeldimensionamientodelosdiferenteselementos,especialmenteloscajonesypantallasdehormigón,conunadescripción delascondicionesdeductilidadrequeridasyloscálculosllevadosacaboparaverificarsucumplimiento.

©2016Asociaci´onCient´ıfico-T´ecnicadelHormig´onEstructural(ACHE).PublicadoporElsevierEspa˜na,S.L.U.Todoslosderechosreservados.

Palabrasclave: Dise˜nosismorresistente;Estructurassingulares;Vibraciones;Ductilidad;Hormigónconfinado;Códigosinternacionales

Abstract

InthisarticlethemostsignificantfeaturesoftheBirMouradRaïsIntermodalStation,inAlgiers,aredescribed,aswellasthemostimportant aspectsofthestructuraldesignandthecharacteristicsoftheanalysis,inparticularthosecorrespondingtotheconsiderationoftheseismicaction. Eventuallythedimensioningofconcreteelements,especiallyboxandsheetwalls,isexplained,establishingtheductilityrequirementsandthe calculationsperformedtoverifyitsfulfillment.

©2016Asociaci´onCient´ıfico-T´ecnicadelHormig´onEstructural(ACHE).PublishedbyElsevierEspa˜na,S.L.U.Allrightsreserved.

Keywords:Seismicdesign;Singularstructures;Vibrations;Ductility;Confinedconcrete;Internationalstandards

1. Introducción

LaestaciónintermodaldenominadaGareRoutièreBir Mou-radRaïs,enArgel,seencuadradentrodeunamplioconjunto deproyectosdeinfraestructurasplanificadasporlasautoridades argelinasconelfindemejorarlacirculacióndevehículosenla capitaldelpaís.

Lasingularidadarquitectónicadeledificio(fig.1),juntocon sus considerables dimensiones en planta y el hecho de estar

∗_{Autorparacorrespondencia.}

Correoelectrónico:j.r.g.decangas@silga.es(J.R.GonzálezdeCangas).

ubicadoenunazonaconunriesgosísmicomuyelevado,han condicionado poderosamente tanto el dise˜no de la solución estructuraladoptada,cuantoeldimensionamientodesus dife-renteselementos.

Laarquitecturayelproyectogeneraldelaestaciónfueron llevadosacaboporlaempresaespa˜nolaTecniaIngenieros,que en ela˜no2012encargó alafirmaSILGAeldesarrollode la soluciónestructural.

Enesteartículosedescribenlascaracterísticasmás impor-tantesdeledificio,losfactoresquehancondicionadoenmayor medidalaeleccióndelatipologíaestructuralylosaspectosmás relevantesdeloscálculosydimensionamientosllevadosacabo.

http://dx.doi.org/10.1016/j.hya.2016.09.001

Figura1.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Vistageneral.

2. Descripcióngeneraldelaestación

2.1. Característicasdeledificio

El edificio de laestación consta de dos partesclaramente diferenciadas:porunlado,eledificiopropiamentedichoy,por otro,lacubierta.Asuvez,eledificiopropiamentedicho,que consta de seis plantas (dos situadaspor debajo del nivel 0 o niveldecalleytresporencimadeeste),seconfigurademodo diferentedelasplantasinferioresalassuperiores(fig.2).

Denivel0(nivelprincipal)paraabajo,lasuperficieconstruida tieneunaformacuasi-elíptica(se tratamásbiendeunóvalo), con174mdeejemayory110mdeejemenor(fig.3),limitado elcontornoporunmuroperimetraldecierrequecontienelas tierrasyatravésdelcualsedise˜nanunaseriedeaccesosysalidas deservicioyemergencia.

Tantolaplanta−2(niveldelosade cimentación)comola planta−1(esdecir,lasdosplantasdesótano)estándestinadas esencialmenteaaparcamientodevehículosligeros,unodelos usosparalosquehasidoproyectadaestaconstrucción.

Elnivel 0,onivel principal(fig.4),constituyeelaccesoa laestaciónpropiamentedicho,dondese centralizanlos servi-ciosdeautobusesytaxisInterWilayas,queeselusoprincipal deledificio.Entodosuperímetroexteriorseubicanlaszonas de taxisy lasdársenas deautobuses, conun áreaanexa des-tinadaaoperacionesde mantenimiento, mientrasquelazona centralestádestinadaaoficinasydiferentesserviciosparalos usuarios.

Lastresplantassuperiores(figs.5y6)estánretranqueadas respectoalasprimeras,ysedise˜nansiguiendoelcontornode una«elipse»homotéticadelaprincipal,quecubreunasuperficie de130×61m2,amododedosfranjaslongitudinalesde20mde anchocadauna,entornoaungranhuecocentralsituadobajoel lucernariodelacubierta,conlaparticularidaddequeenel pri-mernivelseproyectan,además,dosaccesospeatonalesdirectos queindependizanestasplantasdelaestaciónpropiamentedicha (fig.5).

Lasdosprimerasplantas(niveles+1y+2)estándestinadas exclusivamente a zonas comerciales (tercer usodel edificio), mientrasqueelúltimonivel(+3)acogediferentesinstalaciones yequiposnecesariosparaeladecuadofuncionamientoyservicio delaestación.

Respectoalaconfiguracióngeométricaenalzado(fig.2),las alturasentrelascarassuperioresdelosforjadosdelasdistintas plantassonde4,20menambossótanosyentornoalos6,00m enelrestodeledificio.

Porencimadelforjadodeltercernivelsesitúalaestructura de cubierta, con unaaltura máxima respectoa dicho forjado de11,50mo,loqueesigual,conunaalturarespectoalnivel principaldelordendelos30m.

2.2. Característicasgeneralesdelaestructura

Se describen en esteapartado, en primerlugar, los condi-cionantes quehantenidounamayorrelevanciaen laelección de la solución estructural para el edificio y cubierta de la

Figura3.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Plantas−2y−1.

Figura4.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Planta0.

Figura6.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Plantas+2y+3.

estación,y acontinuación,lascaracterísticasmásimportantes delaestructura.

2.2.1. Condicionantesarquitectónicosyfuncionales

Lascaracterísticasdeldise˜nodeledificioysusdimensiones, juntoconlosrequisitosfuncionalesinherentesalobjetoparael quese proyecta,asícomolaconfiguracióntandiferenteentre losdosnivelesinferioresylostressuperiores,hancondicionado laeleccióndelasoluciónestructural,tantoparaeledificio pro-piamentedichocomoparasucubierta,elementoesteúltimoque quizámáscontribuyealasingularidaddelaconstrucción.

Por una parte, la sustentación de los arranques de dicha cubierta se lleva acabo en un conjunto de 2×9=18pilares, dispuestosperimetralmenteyparalelosalcontornoexteriorde laelipse,aunadistancia de2,70mdedichobordeyconuna separaciónentre síde 18m, conformandolos 8 arcosquese abrenaladársenadeautobuses(fig.1).Dichospilaresse empo-tranenlalosadecimentaciónyseprolongan5,95mporencima delnivel0.

Por otra parte, los requerimientos derivados de los apar-camientos en las dos plantas de sótano, con la consiguiente circulación devehículos,asícomo losespaciosnecesariosen laplantaprincipal,dondeseubicanlasdársenasdeautobuses, condicionanlapautaquese debeseguirenladisposicióndel restode pilaresdel edificio,teniendoen cuenta,además,que solounapartedeellos(ligeramenteinferioralamitad)se pro-longanhastalasplantassuperiores,mientrasqueelrestomueren alniveldelaplantaprincipal(nivel0).

Se ha partido (fig. 3) de una separación de 9,00m entre los pilarescorrespondientes al perímetro«exterior» dondese ubicanlosquesustentanlosapoyosprincipalesdelacubierta, intercalandounoadicionalentrecadadosdeestos,siguiendoel contornoelíptico,yelrestosehadispuestosegúnelipses homo-téticasdelaanterior,configurandounaespeciederetículacon dosdirecciones: una«longitudinal»,con6 alineaciones para-lelasalreferidocontornodelaelipseyseparaciónmáximade 9,00m,yotra«radial»,con39alineacionesperpendicularesa lasprimerasyseparaciónmáximade8,50m.Laubicaciónde lospilaresmásinterioresvienecondicionadaporellucernario dise˜nadoenlaestructuradecubierta.

Elresultadodeladisposicióndepilaresadoptadaesdeuna notable regularidad, objetivo que, dado el riesgosísmico del emplazamiento,sehatratadodeconseguir,tantoenplantacomo enalzado,enladistribucióndemasasyrigidecesdelaestructura (figs.3-6).

2.2.2. Condicionantesdelemplazamiento

Cuando se hablade loscondicionantesdel emplazamiento delaestación,estostienenqueseranalizadosdesdedos pun-tosdevista:elprimeroreferidoexclusivamentealriesgosísmico de la zona,y el segundoalascaracterísticasgeotécnicas del terrenoque,asuvez,influyenenladefinicióndelaacción sís-mica,aspectosambosabordadosdeacuerdoconloestablecido enlanormativaargelinasobreaccionessísmicas[1].

Dichanormadivideelterritorioen5zonasdesismicidad cre-ciente,desdeelvalor0(sismicidaddespreciable)hastaelvaloriii

(sismicidadelevada),zonaestaúltimaenlaqueseencuadrala ciudaddeArgel.

Porotraparte,ydesdeelpuntodevistadelanálisissísmico, clasificaelterrenodecimentaciónen4categorías,dependiendo delavelocidad(Vs)detransmisióndelasondassísmicas

trans-versales, desdela categoríaS1 (terreno rocoso,Vs>800m/s)

hastalacategoríaS4(terrenomuyblando,Vs<200m/s).

Elterrenoexistentebajolacimentacióndelaestación pre-senta doszonas diferentes. Unaprimera, que se corresponde sensiblementeconelcuadrantesuroccidentaldelaplanta elíp-tica, constituidapor arenasy arenas arcillosas medianamente densas,queseencuadrandentrode lacategoríaS3(site

meu-ble),esdecir,terrenoblando.Enelrestodeláreaocupadapor eledificioelterrenoestáformadoporestratosdearenasmuy densasyareniscasblandas,correspondiendoaunterrenodela categoríaS2(siteferme),esdecir,terrenofirme.

2.2.3. Otroscondicionantes

Elproyectofuedesarrolladoenpermanentecontactoy cola-boracióncondichoorganismoy,bajosusupervisión,sefueron adoptando diferentes medidas y se llevaron a cabo diversas modificaciones,enarquitectura yestructura,hastaalcanzarla soluciónfinalmenteelegida.

Enapartados posterioresse haráreferenciaalos condicio-nantesestablecidosporelmencionadoCTCquehanresultado másrelevantes.

2.3. Soluciónestructural

En el desarrollo de la solución estructural —durante el cual, tanto para la estación propiamente dicha como para la estructurade cubierta, se consideraron diferentes alternativas tipológicas, bien en hormigón bien en acero, o combinacio-nesdeambas,connumerososcálculosysuscorrespondientes dimensionamientos— se fueron poniendo de manifiesto los aspectosconmayorincidenciaenlosresultadosfinales,loque permitióintroducirlasadecuadasmodificacionesen eldise˜no y optar por la alternativa que se consideró más conveniente, perosiempremanteniendolafilosofíadeldise˜noarquitectónico inicial.Finalmente,elCTCacordóunasoluciónenhormigón armadoparaeledificioyenestructuratubulardeaceroparala cubierta.

Enloquerespectaaledificio,estableciólacondicióndeque todoslosforjados,salvolalosadecimentación,fuesendise˜nados mediantevigasdecantoembrochaladasenlospilaresmáslosa dehormigónarmadoentrevigas,esdecir,seadoptóunasolución depórticosespaciales.Asimismo,ysalvoenlacubiertayenla referidalosadecimentación,enelrestodeforjadossedispuso unajuntaestructuralcoincidenteconelejemenordela«elipse». Losanálisispreviosllevadosacaboparalasaccionessísmicas habían puesto de manifiesto que la solución basada exclusi-vamenteen pórticos espaciales, sibiense comportabamás o menosaceptablementeenlosdosnivelesinferiores(plantasde

aparcamiento),noeralamásadecuadaparalapartesuperiordel edificioapartirdelnivel0.

Enefecto,elarriostramientoquesuponenlosmurosde con-tornodelasplantasdesótano,de50cmdeespesor,juntocon elapuntalamientoqueproporcionanlosforjados,confierealos pórticosdeestasplantasunanotablerigidezadicionalfrenteal sismohorizontal.Sinembargo,esteefectofavorablenoexiste enlastresplantassuperioresdelaestructura,conun comporta-mientofrentealsismohorizontalmásparecidoaltipo«péndulo invertido»,loqueconducíaadimensionamientosinaceptables tantoenvigascomo,sobretodo,enpilaresy,enparticular,los queseextiendenhastalacubierta.

Poresemotivo,seacordócomplementareldise˜noanterior conotromecanismoresistente constituido porcuatrograndes cajones dehormigón, conmuroslongitudinales y radiales de 50cmde espesor,dispuestos deformasimétricaen cadauno deloscuatrocuadrantesdelaelipse,yqueseextiendendesde cimientoshastalaestructuradecubiertadeledificio(nivel+3), complementadoscon10muroscortinaadicionales,igualmente de medio metro de espesor, y dispuestos en dirección radial (figs.3-6).Loshuecosdelosreferidoscajonesalberganlascajas deescalerasydiversasinstalaciones.

Desdeunpuntodevistaestructuralestesegundomecanismo resistente contribuye significativamente a la disipación de la energíatransmitidaporelsismomediantesutrabajo fundamen-talmenteaesfuerzocortante,aliviandodeesemodoeltrabajo delos pórticos,cuyodimensionamiento,encasocontrario,se habíacomprobadoquenoresultabarazonable.

Laestructurafinalmentedise˜nadasemuestra,ensusdetalles más importantes, en lasvistas enplantarepresentadas en las

figuras7y8.

Todoslospilares,exceptolosquesustentanlosarranquesde lacelosíaespacialdecubierta,sondeseccióncircularde80o 120cmdediámetro,segúnloscasos.Losqueseintegranenlas paredesdeloscajonesyenlosmuroscortinasonlosúnicosque sobrepasanelforjadodelaterceraplantayseextiendenhastala

Figura8.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Vigasypilaresplantassuperiores.

celosíaespacial,proporcionándoleaestaunasustentación adi-cional.Conrespectoalos2×9=18pilaresquesirvendeapoyo alosarranquesdedichacelosía,sondesecciónrectangular,de 200×140cm.

Encuantoalasvigasdecanto,son,entodaslasplantas,de secciónrectangular,con40cmdeanchopor85cmdealto,en losqueestánincluidoslos25cmdeespesordelalosadeforjado. Ensudisposición,ysalvoenzonasmuyespecíficas,sesigue lapautayareferidaaldescribirlospilares,esdecir,se proyec-tanesencialmentesegúndosalineaciones:unalongitudinal,con vigasparalelasalcontornodelaelipse,ylaotra«radial»o trans-versal,convigassensiblementeperpendicularesalasprimeras (figs.7y8).

Finalmente, la cimentaciónse resuelvemediante unalosa de 1,00mde espesor, salvo bajolos pilares quesustentan la cubierta,dondeserecrecehasta1,50m.

Entodaslaslosas,vigas ypilares,asícomo enlos muros queconformanelrecintoexteriordelasplantasinferioresylos murospantallasimples,sehaconsideradounhormigónHA-30. Enelrestodemuros,elhormigónutilizadoesHA-35.Encuanto alaceroenarmaduras,sehaadoptadounaceroB500S,tipoB, esdecir,conunadeformacióncaracterísticabajocargamáxima ␧uk≥5,0%.

Enloquehacereferenciaalaestructuradecubierta,ytras desecharotrasposiblessoluciones,principalmentebasadasen estructurasreticularesdevigasmetálicas,elCTCargelinooptó porunasoluciónde celosía espacialconstituidapor tubosde acero,biarticuladosenambosextremosenelementosesféricos, queconformanunagranmalladetetraedrosirregulares(fig.9). Laslongitudesdelostubossonvariables,dependiendodela zonadelacubiertadondesesitúan,convalores,engeneral,entre 1,80y3,20m,perodondepredominanlaslongitudestípicasen tornoalos2,50m.Susdiámetrosyespesoressontambién varia-bles,entre40y 219mmparalos primerosyentre2y 10mm paralossegundos.Asimismo,yconobjetodeoptimizarlos ren-dimientos—y,consecuentemente,loscostes—,sehanutilizado diferentescalidadesparaelacero:S235,S275yS355.

Eldise˜nodeestamallaespacialhacorridoacargodelafirma espa˜nolaLanik.

3. Modelodecálculo

3.1. Descripcióndelmodelo

El cálculo de laestructura se ha llevado acabo mediante unmodelotridimensionaldeelementosfinitosejecutadoconel programaSofistik,queidealizalaestructuracompleta(fig.10), es decir,edificio de hormigón más celosía metálicaespacial. El modelose ha generadoapartirde unarchivo «.dwg»que reproducefielmentelageometríarealdelaestructura.

Lasvigasypilaressehanidealizadoconelementostipobeam, esdecir,elementos1Dtipovigaespacial;lasbarrasdela celo-sía, conelementos1Dtipotruss,oloqueesigual,elementos articuladosaflexión ensusextremos;finalmente,laslosasde forjadosy losmuros,conelementos2Dtipoplate(placa-laja condeformacióndecortante).

Figura9.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Celosíaespacialdecubierta.

Figura10.EstaciónBirMouradRaïs(Argel).Modeloestructuraldeelementosfinitos.

lacorrespondientecurvadepandeodeacuerdoconloslímites elásticosutilizadosencadaunodeloselementostubulares.

3.2. Acciónsísmica

Enla definiciónde las acciones y sus combinaciones, así como en la aplicación de los criterios de análisis, dimensio-namientodeelementos,establecimientodelosestadoslímites preceptivos,etc.,sehaseguidoloindicadoenlayamencionada normaargelinasobreaccionessísmicas[1],asícomoenotros códigosynormasdedichopaís,siguiendolaspautasse˜naladas porelorganismonacionalCTC.Enconcreto,sehahechouso delosreglamentoscitadosenlasreferencias[2,3]parala defi-niciónlascargaspermanentesydeexplotación,asícomopara lascargasdeviento.Igualmentesehaseguidoloestablecidoen las«Reglasdeconcepciónycálculodeestructurasdehormigón armado»[4].

Comocomplementoalasanterioresnormasnacionalessehan consideradoigualmentealgunosartículosdelosEurocódigos2 y8[5,6].

Enelanálisisdelosdiferenteselementosestructuralessehan tenidoencuentalospreceptivosestadoslímitesúltimos(ELU) y de servicio (ELS), perodado queel dimensionamiento ha venido condicionadoporlacombinacióncorrespondienteala acciónsísmica,esaestaalaquesevaadedicarunciertodetalle en su descripción.Es preciso se˜nalar que, aeste respecto,el CTC acordó,entre los posiblesprocedimientos decálculo de lasfuerzassísmicascontempladosensunormativanacional,la aplicacióndelmétododeanálisismodal-espectral.

De acuerdo conla repetida norma [1],la estructura de la estación se encuadra dentro del grupo 1B, correspondiente a obras degranimportancia, situadaenunemplazamientoque, porsuriesgosísmico,pertenecealazonaiii(sismicidadelevada)

Por otra parte, se debe clasificar la estructura en lo que respectaasussistemasdearriostramientofrenteaacciones hori-zontales,afindeestablecerelvalordelfactordecomportamiento global, definidoen lanorma argelina mediantela letraR.En cuantoa lasestructurasde hormigón, dichanorma considera 8 categorías,siendolaquepudieratenermayor similitudcon la estructura de la estaciónla correspondiente alSistema4a: Arriostramientomixto,compuestoporpórticosymuroscortina, coninteracción entreambos (R=5). Enelcasode noexistir muros cortina, considera el Sistema1b: Pórticos autoestables contabiqueríasdealba˜nileríarígida(R=3,5).

Respectoalasestructurasdeacero,lareferidanorma con-templatipologíasmás«convencionales»deloquepudieraserla mallaespacialdelacubierta,lacualpodríaasimilarseauna com-binacióndelSistema9a:Estructurametálicaconelementosde arriostramientoenX(R=4)ydelSistema15:Estructura metá-licaconarriostramiento mediantemuroscortina dehormigón armado(R=3,5).

Porsuparte,elEurocódigo8[6]establece,enestructurasde hormigón,elvalordebasedelcoeficientedecomportamiento enfuncióndeltipodesistemaestructuralydesuregularidaden altura,asícomoparalaclasedeductilidadconlaquesedise˜nala estructura.Enelcasoquenosocupasehaconsideradounaclase deductilidadmedia(DCM).Seadmitequeeledificiopresenta enambaspartes,bajonivel0ysobredichonivel,una regulari-dadenaltura.Finalmente,seencuadradentrodeltipoestructural «Sistemadualdepórticosconmurosacoplados».Conestas pre-misas,elvalordebasedelcoeficientedecomportamiento,q0,

sedefinecomosigue:

q0=3,0

αu

αl

(1)

Enlaexpresiónanterior,elcoeficientemultiplicador␣u/␣l

dependedeltipodesistemaestructural(pórticos,muroso sis-temasdualespórtico-muro),asícomodelnúmerodeplantasy, ensucaso,delnúmerodevanosdelospórticos.Delladodela seguridad,ysiguiendoelEurocódigo, seha consideradopara dichocoeficientemultiplicadorunvalor iguala1,2quecubre adecuadamentecualquiersistemadualpórticos-muros,loque proporcionauncoeficienteq0=3,6.

Porconsiguiente,conloscriteriosquesehanestablecidose observaquedichovalorcumpleconvenientementeconambas normas y, consecuentemente, es el quese ha adoptado en el dimensionamientode losdiferenteselementosdehormigóny acero.Respectoaestosúltimos(mallaespacial),yportratarse deunsistema«patentado»,solosehancomprobadolasbarras frenteaesfuerzosaxiles,peronoasílosnudos,paraloscuales simplementesehaanalizadolaadecuacióndelprocedimiento ydelosresultados,deacuerdoconloscriteriosseguidosporla firmaLanik.

Laconsideracióndelcoeficientedecomportamientoconlleva laexigenciadegarantizarunaductilidadsuficienteencurvaturas entodaslaszonascríticasdeloselementossismorresistentes, definidaporlassiguientesfórmulas:

µφ=2q₀−1 si T1≥Tc (2a)

µφ=1+2(q0−1)Tc/T1 si T1<Tc (2b)

siendoT1elperiodofundamentaldeledificioyTcellímite

supe-riordelperiodoeneltramodeaceleraciónconstantedelespectro (T2enlanormalocal).Ennuestrocaso,conunafrecuenciapara

el primermodo de1,30Hz, lasituación es ladefinida porla ecuación 2a, porloque laductilidaden curvaturas quedebe garantizarsees␮␾=2×3,6–1=6,2.

Para la definición del espectro de respuesta de cálculo, la normativa argelina, además de los aspectos anteriormente mencionados, relativosalos sistemas dearriostramiento y la regularidad enplantay alzado,consideraotrosfactores, tales comola«redundancia»(hiperestatismo)enplanta,elcontrolde calidaddelosmaterialesyelcontroldelaejecución,asignandoa todosestosfactoresunposiblecoeficientedepenalidaddehasta el 5%,exceptoparael último(10%), eincorporándolosaun denominadofactordecalidad,Q,quemultiplicalosvaloresdel espectroderespuesta,factorquepuedealcanzarunmáximode 1+5×0,05+0,1=1,35.Enelcasoquenosocupa,ydebidoal cambiodegeometríaentrelas3plantasinferioresylas3 supe-riores,asícomoalascaracterísticasparticularesdel conjunto «edificio-cubierta»,sedecidiótenerencuentaunporcentajede laspenalidadescorrespondientesalos3primerosaspectosyse acordóconsiderarunfactordecalidadQ=1,075.

Un último factor necesario para definir el espectro de respuestaeseldenominadofactordecorreccióndel amortigua-miento,␩,queseestablececomo:

η=7/(2+ξ)≥0,7 (3)

donde␰(%)eselporcentajedelamortiguamientocrítico, depen-dientedeltipodematerial,tipodeestructuraeimportanciade los elementosredundantes.Unavezmás,elvalor del amorti-guamiento fueestablecido de acuerdoconel CTC,primando laestructuradeaceroyadoptandoenestecaso,delladodela seguridad,␰=4%,queconduce aunfactordecorrección del amortiguamiento␩=1,08.

3.3. Espectroderespuestadecálculo

Lanormaargelinadefineelespectroderespuestadecálculo enaceleraciones,Sa/g,entantoporunodelagravedad,según

lasecuaciones(4)siguientes:

Sa

g =1,25A

1+ T

T1

(2,5ηQ

R −1)

si 0≤T≤T1 (4a)

Sa

g =2,5η(1,25A)

Q R

si T1≤T≤T2 (4b)

Sa

g =2,5η(1,25A)

Q R

T2

T

2/3

si T2≤T≤3,0s

(4c)

Sa

g =2,5η(1,25A)

_Q

R T2

T

2/3₃

T

5/3_Q

R

Figura11.Espectroderespuestaelástico.

Figura12.Espectroderespuestadecálculo.

expresionesenlasque:

␩=1,08(factordecorreccióndelamortiguamiento). R=3,6(coeficientedecomportamientoglobaldela estruc-tura).

Aeselcoeficientedeaceleracióndelazonasísmica corres-pondiente,queparalazonaiiiyobrasdeniveldeimportancia

1Besiguala0,30.

T1yT2son2periodoscaracterísticosasociadosalas

propie-dadesdelterrenodondeseemplazalaestructura,queenelcaso delacategoríaS3(terrenoblando)adoptan,respectivamente,los

valoresde0,15y0,50segundos.

Enlafiguras11 y 12se muestra larepresentación gráfica deloscorrespondientesespectrosderespuesta,respectivamente elástico(R=1)ydecálculo(R=3,6).

3.4. Combinacióndeaccionesensituacióndesismo

Lacombinacióndeaccionescorrespondientealasituación sísmicadecálculo se establecedeacuerdo conlassiguientes expresiones:

G+Q+E (5a)

0,8G±E (5b)

dondeGindicalascargaspermanentes,Qlascargasde explo-taciónnoponderadasyElaacciónsísmicarepresentadaporsus componenteshorizontales.

Enloqueserefierealascargaspermanentes,sehan conside-radotantolospesospropiosdeloselementosestructuralescomo delascargaspermanentesdetabiquerías,solados,elementosde cubierta,etc., ylos correspondientes alos diferentes equipos einstalacionesdelaestación,en particularlos situadosen la planta+3deledificio,cuyospesoshansidofacilitados porel equiporedactordelproyecto.Aesterespectosehanseguidolas

prescripcionesestablecidasporlanormativanacionalargelina, incluidasenlareferencia[2](0,5kN/m2actuandosobretodos los forjados),asícomolos datosproporcionadosporlafirma encargadadeldise˜nodelacubierta,asaber,0,75kN/m2 corres-pondientesalascorreasyel«vidrio»utilizadoenellucernario, y0,50kN/m2correspondientesaloscerramientosopacosmás falsostechos.

Encuantoalassobrecargasdeexplotación,sehanadoptado lascontempladasenlamencionadareferencia[2],consistentes en2,5kN/m2enlasplantasdeaparcamiento(−2y−1);4kN/m2 en las zonascomerciales y de tránsito peatonal(0, +1, +2y +3)y 10kN/m2 enlazona decirculación deautobuses dela planta0.

Respecto a la acción sísmica, para la obtención de los modos de vibración se ha considerado el 100% de todaslas masascorrespondientes alpesopropio ycargas permanentes, incluyendo lasde los equipamientossolidarios conla estruc-tura,más el60% delasmasasequivalentesalassobrecargas deuso.

Unavezestablecidaslascombinacionesdefinidasporlas fór-mulas5ay 5banteriores,lanormativaargelinano contempla lanecesidad deconsiderar elsismovertical, sinoúnicamente la combinación de acciones sísmicas horizontales correspon-dientes, en este caso, alas direcciones de los dos ejes de la «elipse»,longitudinaloejemayor(X)ytransversaloejemenor (Y), ya que se admite que en la combinación de acciones (5a),queincluyelatotalidaddelasobrecarga deusoademás delaacciónsísmica(hipótesisprácticamenteimprobable),un porcentaje de dicha sobrecarga (entreel 40y el60%) puede representarelefectodelasaceleracionesverticalesdelsismo. Encuanto alacombinación 5b,tieneen cuenta lareducción de la carga vertical debido a los efectos de la aceleración ascendente.

Enlos cálculos se hananalizadodos posiblessituaciones: Unaprimeraconel100%delespectroendirecciónXactuando simultáneamente con el 30% del espectro en dirección Y, y unasegundaconel100%delespectroendirecciónYmásel 30% endirecciónX,tomando, encada caso,los efectos más desfavorables.

Figura13.EnvolventeELUNmáx(kN).Pilaresplantas−2a+3.

3.5. Resultadosdelcálculo

ElprogramaSofistikproporcionalosdiferentesresultadosdel análisisbienenformanuméricabienenformagráfica.Como esfácildeintuir,enestructurasconunnúmerotanelevadode elementosresulta imprescindibleorganizar adecuadamente la salidaderesultadosafindefacilitary,ensucaso,optimizarsu utilizaciónenlosposterioresdimensionamientos.Obviamente, enestecasosurepresentacióngráficaporgruposdeelementos convenientementeelegidosresultapreferible.

Amododeejemplo,yconfinesmeramenteilustrativos,enlas

figuras13-15semuestranalgunosdelosresultadosincluidosen laNotadeCálculodelproyecto,asaber:envolventedelosaxiles máximosenELUenlospilaresquevandesdelacimentación hastalacubierta(fig.13);esfuerzoscortanteslongitudinalesen lospilaresdelaplanta0debidosalaacciónsísmicasegúneleje principal(100%X+30%Y)(fig.14),ymomentostorsoresen laslosasdelaplanta+2paralamismaacciónsísmica(fig.15).

4. Dimensionamientodeloselementosdehormigón

4.1. Aspectosgenerales

Eneldimensionamientoylacomprobacióndeloselementos dehormigónsehanconsiderado,porunaparte,las combinacio-nesdeaccionescorrespondientesalosestadoslímitesúltimos ydeserviciocontempladasenlanormativalocaly,porotra,las combinacionesparalasituaciónsísmicadecálculodefinidasen elapartado3.4,queeslaquesedescribeacontinuación.

En primer lugar, conviene hacer referencia a los despla-zamientos máximos, positivos y negativos, producidos en la situaciónsísmicadecálculo correspondientealespectro elás-tico de respuesta (R=1), necesarios fundamentalmente para el dise˜no de la junta estructural entre forjados, a fin de

garantizar, por unaparte,que no se produce elchoque entre elementossituadosaunoyotroladodeaquella(movimientos longitudinales),yporotra,queeldise˜noplanteadoescompatible con los desplazamientosproducidos, longitudinales, transver-sales y verticales. Aeste respecto,cabe se˜nalar quela junta dise˜nada, de 25cm,cubre adecuadamente los requerimientos delanálisis.

Respectoaldimensionamientodelasvigasypilares,sehan seguidoloscriteriosestablecidosenlanormativaargelina[1,4], complementadosenalgunosaspectosconelEurocódigo8[6], enparticularlos contenidosenelapartado5.4deesteúltimo, correspondiente aldimensionamiento paralaclasede ductili-dadmedia(DCM).Es precisose˜nalar queexiste, engeneral, unaprácticatotalcoincidenciaentreamboscódigosconligeros matices diferenciadores no especialmente relevantes. El pro-ceso seguido se puede calificar de convencional,de acuerdo conlos requerimientosespecificadosen los diferentespuntos delreferidoapartado5.4delEurocódigo,tantoenlos dimensio-namientosylimitacionesdecuantíasdearmadurascomoenla disposicióndeestas,definicionesdezonascríticas,restricciones geométricas,etc.,asícomolascondicionesquedebencumplirse parasatisfacerlosrequisitosdeductilidadlocal.

En cuantoalas losasde forjado,se handimensionado en régimenelásticoteniendoencuentasudoblecomportamiento placa-laja. Elprograma Sofistikllevaacabo dicho dimensio-namientomediantelaaplicacióndelmétododeBaumann[7], consistente,enesencia,enlatransformacióndelosesfuerzosde placa,momentosflectoresytorsores,enaccionesaxilesy rasan-tescontenidasenlos«planos»dearmadurassuperioreinferior delelemento2D,accionesquesesuperponenalas correspon-dientesalpropiocomportamientodelaja,afindedimensionar lascuantíasdearmadurasnecesarias.

Figura14.Esfuerzoscortanteslongitudinales(kN)debidosalaacciónsísmica.Pilaresplanta0.

Figura15.Momentostorsores(kN·m/m)enlosasdebidosalaacciónsísmica.Semiplanta+2.

criteriosdel repetido apartado 5.4paralaclase de ductilidad media,hayalgunosaspectosdeinterés,relativosal dimensiona-mientodelaarmaduralongitudinal,quesedescribenconcierto detalleacontinuación.

4.2. Dimensionamientodemuros-cortinaycajones

Enelmodelo de cálculo medianteelementos finitos de la estructuracompleta,losmurossehanidealizadoconelementos 2D,tipolaja-placacondeformacióndecortante,porloquelos esfuerzosproporcionadospordichomodeloson,porunaparte, losmomentosflectores,momentostorsoresyesfuerzoscortantes deplaca,yporotra,losesfuerzosaxilesyrasantesdelaja.

Enlafigura16semuestra,porejemplo,unodeloscajonesde laestructura(cajónnoroeste)consumalladeelementosfinitos 2D.Elobjetivodelanálisisparasudimensionamientoeselde transformarloenun«elemento1D»,esdecir,enunacolumna cuyaseccióntransversalsealasecciónrealdelcajón(fig.17)y obtenereneseelemento1Dlosesfuerzostípicos correspondien-tes,esdecir,esfuerzosaxiles,momentosflectoresyesfuerzos cortantes.

Elprograma Sofistikpermite, medianteunadesus aplica-ciones(SIR-cut),calcularlosesfuerzos referidos.Para ellose debedefinirunejelongitudinal(ejedelacolumnaequivalente)

y asignarleelgrupodeelementos2Dqueformanpartedeél, en este casolasparedesdel cajón,generando elprograma la secciónoseccionestransversalespertinentes,cuyosejeslocales sonigualmentedefinidosporelusuario.

Elnúmerodeelementosobarrasenquesedividelacolumna dependedelnúmerodeseccionesquesehayanindicadoal pro-gramaalolargodelejelongitudinal.

Medianteintegracióndelosesfuerzosdeplacaymembrana delmodelodeelementosfinitos,elprogramaproporciona,para cualquiercargaindividualocombinacióndecargas,los esfuer-zosequivalentes encada unadelasseccionesdefinidas enel elemento«columna».Enelcasoquenosocupasehan conside-radolasseccionesdearranqueencimentaciónydeconexióncon lacubiertametálica,asícomolassituadasinmediatamentepor debajoyporencimadecadaunodelosforjadosdelaestructura. En las figuras 18-20 se presentan, con fines ilustrativos, algunosdelosresultadoscorrespondientesalSIR-cutdel deno-minado cajón noroeste, a saber: esfuerzos axiles (kN) para la combinación con el sismo longitudinal (fig. 18); momen-tosflectoreslongitudinales(kN·m)debidosalaacciónsísmica transversal (fig.19),y esfuerzos cortantes transversales (kN) debidosalamismaacción(fig.20).

Figura16.Cajónnoroeste.Malladeelementosfinitos.

Figura17.Cajónnoroeste.Seccióntransversaldelelemento1Dequivalente.

Figura19.Cajónnoroeste.Columnaequivalente.Flectoreslongitudianles(kN·m).Sismotransversal.

porelsismodelconjuntodecajonesypantallas,parasu compa-raciónconlacontribucióndelospilaresdelsistemadepórticos espaciales.Así,paralosesfuerzoscortanteslongitudinales debi-dosalaacciónsísmicaenlasseccionescorrespondientesala planta0 lasumadelos valorescorrespondientes alospilares (fig.14)proporcionauntotaldelordende25.500kN,entanto quelasumaqueaportaelsistemademuros,obtenidaatravésde losSIR-cutpertinentes,esdelordende31.500kN.Ellosupone, endichaplanta0,unacontribuciónentornoal45%delsistema depórticosydel55%delsistemademuros.

Asimismo, resulta de interésmencionar que, en los casos dondelosmurosllevanincorporadospilares(pantallas dispues-tasendirecciónradial),alasseccionesdelacolumnaequivalente

generada por el SIR-cut se lepueden incorporar nosolo los elementos2Dcorrespondientesalpropiomurocortina,sino tam-biénlasseccionesdeloselementos1Drelativosalospilares, yelprogramaproporcionaigualmentelosesfuerzosde«viga» delconjunto.

Eneldimensionamiento delaarmadura longitudinal dela correspondiente sección de muro (fig. 21), para la situación sísmicadecálculo,bajolasolicitacióndelesfuerzoaxilylos dosmomentosflectoressegúnambosejesdelasección,resulta imprescindible mejorar las propiedades del hormigón en las zonascomprimidasmedianteladisposicióndecercosde confi-namientoque,hastasuplastificaciónporlaexpansiónlateraldel hormigón,proporcionenlatensióndeconfinamiento␴2deseada.

Figura21.Cajónnoroeste.Columnaequivalente.SecciónS=0.

La resistencia característica del hormigón confinado se define,enfuncióndedichatensión␴2,comosigue:

fck, c=fck

1+5σ2 fck

cuando σ2≤0,05fck (6a)

fck,c=fck

1,125+2,5σ2 fck

cuando σ2>0,05fck (6b)

ylosvalorestípicosdelasdeformaciones:

εc2,c=εc2

fck,c

fck

2

(7a)

εcu2,c=εcu2+0,2

σ2

fck

(7b)

siendo en este caso, para la clase de hormigón utilizada, ␧c2=2,0×10−3y␧cu2=3,5×10−3.

En la sección anterior, y para una tensión ␴2=3,85Mpa

(cercos␾12a125×100mmycoeficientedeeficaciadel confi-namiento␣=0,83),seobtienefck,c=48,99Mpa.Sinembargo,

dadoquedichasecciónsehaintroducidoenelprogramaSofistik consusdimensionesreales,conespesoresdemurosde50cm,y

Figura22.Cajónnoroeste(secciónS=0).Combinaciónsismo.Tensiones hor-migón.

teniendoencuentaqueelhormigónencompresiónsolocolabora enlazonasituadadentrodelnúcleoconfinado,enla resisten-cia considerada en el programa se ha tenido en cuenta este hechomediantela adecuadarelación dedimensiones, loque, del ladodelaseguridad,equivaleaunaresistenciaa compre-siónde34MPaaplicadaenelespesorbrutodelasparedesdela sección.

Paralatensión␴2anterior,seobtiene␧cu2,c=25,47×10−3.

El análisisno lineal delasección paralacombinación de acciones correspondiente a la situación sísmica de cálculo, definidaporlosvalores:N=−91.400kN;My=376.560kN·m;

Mz=−387.740kN·m, para unacuantía de armadura

longitu-dinalconstituidaporredondos␾16a125mm,proporcionaun factordeutilizaciónde0,90conlastensionesenelhormigón quese muestranen lafigura22(tensiónmáxima de compre-siónenelhormigóniguala33MPayelacerotrabajandoasu límiteelásticoenlasfibrasextremas),ylasdeformacionesenel hormigónyenelacerorepresentadasenlafigura23.

Lasdeformacionesenfibras«concomitantes»parala obten-ción de la curvatura son, respectivamente, de −1,80×10−3

en el hormigón y de 2.597×10−3 _{en el acero (la}

defor-mación del acero correspondiente a su límite elástico de 510MPaes␧ysd=2,488×10−3),loqueproporcionaunasuma

s=4.397×10−3.

Elsiguientepasoconsisteenincrementarproporcionalmente los momentos flectores aplicados a la sección manteniendo constante elvalordelesfuerzoaxilcorrespondienteala situa-ción sísmica de cálculo, y llevar acabo el análisis no lineal hasta alcanzar la rotura de la sección por plastificación. El análisis convergehastaun valormáximodel coeficiente mul-tiplicador de momentos de 1.316, es decir: N=−91.400kN; My=495.553kN·m;Mz=−510.266kN·m,circunstanciaenla queseproducelaplastificacióndelasección.

Las correspondientestensiones enel hormigónpara dicha situaciónderoturaserepresentanenlafigura24,conel hormi-góncomprimidotrabajandoasumáximacapacidad(34MPa)y elaceroasulímiteelástico(510MPa).

Lasdeformaciones enambosmateriales se muestranenla

figura25,convaloresmáximosde−23.311×10−3enlafibra «más comprimida»del hormigón (inferioral valor admisible

Figura24.Cajónnoroeste(secciónS=0).Plastificación.Tensionesenel hor-migón.

Figura25.Cajónnoroeste(secciónS=0).Plastificación.Deformaciones.

␧cu2,c=−25,47×10−3) y de 30.876×10−3 en la fibra «más

traccionada»delacero(inferiorigualmentealvaloradmisible de50×10−3).

Losvaloresenfibras«concomitantes»paralaobtencióndela curvaturason,enestecaso,de−11.242×10−3_{enelhormigóny}

elyamencionadode30.876×10−3_{enelacero,loqueconduce}

auntotalu=42.118×10−3.

Consecuentemente,se tendría unaductilidadencurvaturas iguala u/s=9,58, valor quecumple conelrequerimiento

establecidoenlafórmula2a:␮␾=2q0−1=6,20.

Adicionalmentealprocesoanterior,esnecesariollevaracabo otraseriedecomprobacionesrelativas,porejemplo,alas limi-tacionesdelacargaaxialnormalizada:

(νd≤0,4) (8)

oalacuantíamecánicavolumétricamínimanecesariadecercos deconfinamiento:

ωvd =

30.µφ.(νd+ωv).εysd._bB₀103−0,035

α (9)

expresiónenlaquelasmagnitudesqueaúnnohansido descri-tasson,respectivamente,lacuantíamecánicavolumétricadela armaduraverticaldelasalmas,␻v,elespesordelapareddel

muro, B,y elespesoro anchodelazona confinadadedicha pared,b0.

Finalmente,eldimensionamientoacortante,unavez obte-nidaslas solicitaciones decálculo en lacolumna equivalente proporcionadasporelcorrespondienteSIR-cut,sellevaacabo medianteel métodode bielasy tirantes,siguiendo laspautas recogidasenelrepetidoapartado5.4delEurocódigo8[6].

5. Conclusiones

Delosestudiosllevadosacaboydelosresultadosobtenidos enelcálculodelaestructuradelaestaciónintermodalBir Mou-radRaïsdeArgel, se hanpodidoextraervarias conclusiones, algunasdelascualesseincluyenacontinuación.

Enprimerlugar,esprecisose˜nalarquelasoluciónestructural adoptadahaestadofuertementecondicionadaporlas limitacio-nesderivadastantodelapropiasingularidadarquitectónica,con tres partes claramentediferenciadas (niveles inferiores, nive-lessuperioresycubierta),comodedeterminadasrestricciones geométricasencuantoaluces,alturas,gálibos,etc.Asimismo, otroscondicionantesdeldise˜no,talescomoladisposiciónyel tama˜no del lucernario, conel consiguientehueco en los tres forjados superiores, o la exigencia de fachadas exentas, han impedidoadoptardeterminadosmecanismosderigidización(un grannúcleocentraloelementosdiagonales,porejemplo)que hubieran podidoresultarmáseficientes frentealaacción sís-mica.

Comoeradeprever,se haconstatadoqueundise˜no resis-tentebasadoúnicamenteenunmecanismodepórticosespaciales resultaantieconómico.Porello,ydentrodelaslimitaciones refe-ridas,ladisposiciónadecuadademuroscortinaycajonesquese extiendendesdecimientoshastacoronaciónhacontribuido,en granmedida,aladisipacióndelaenergíageneradaporelsismo, mediantesutrabajoesencialmenteacortante,aliviando notable-mentelascorrespondientessolicitacionesenloselementosdelos pórticos(vigasypilares).

Porotraparte,lajuntaestablecidaconduceauna«asimetría» enelcomportamientoestructuraldelconjuntodeledificio,con lasconsiguientesimplicacionesencuantoasurespuestafrente alsismo.

Debido a lasconsideraciones anteriores, ha resultado casi obligado recurriralanálisisde unmodelotancompletodela estructura,afindereproducirdelamaneramásfidedigna posi-bleelcomportamientorealdelaconstrucción.Resultaevidente queelanálisismodal-espectraldedichomodeloglobal,conun númerodegradosdelibertadtanelevado,implicalanecesidad deconsiderarungrannúmerodemodosdevibraciónparapoder cumplirconlascondicionesestablecidasporlanormativaenlo querespectaalamovilizacióndelamasamodalefectiva.

posterior,caraaldimensionamientodearmaduraslongitudinales ycomprobacionesdeductilidad,sesimplificasignificativamente siseutilizaelmencionadoprocedimiento.Consecuentemente, lautilizacióndeunaaplicaciónsimilaralaproporcionadapor elprogramaSofistik(SIR-cut), juntoconelanálisisnolineal de lascorrespondientes seccionesde los muros,es altamente recomendable.

Bibliografía

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