1er curso internacional diseño especializado de...

1

1er Curso Internacional

Diseño Especializado de

Puentes

DISEÑO Y AISLAMIENTO SÍSMICO DE PUENTES

Roberto Gómez Martínez

INSTITUTO DE INGENIERÍA-UNAM

Sucre, Bolivia, 2009

PERSPECTIVA HISTÓRICA (1/2)

1931 (AASHO) Primer código de diseño de

puentes

1941, 1943, 1944 y 1949 (AASHO) Códigos para diseño de puentes

que sólo hacen mención a las

cargas sísmicas

1940 (CALTRANS) Primer código de diseño de

puentes

1943 (CALTRANS) Ya se incluyen normas para

definición de cargas sísmicas

1971 (SEAOC) Se definen fuerzas sísmicas mas

severas.

Espectro ARS

2

PERSPECTIVA HISTÓRICA (2/2)

1982 (ATC-6) Guía para el diseño sísmico de

puentes

1983 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como una guía

1991 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como una

especificación estándar

1992 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como parte de las

especificaciones estándar

1996 (CFE) Manual de Obras Civiles.

Capítulo de Diseño por Sismo.

Puentes

FILOSOFÍA DE DISEÑO SÍSMICO

AASHTO 1992 (ATC-6)

a).- Sismo de diseño-riesgo uniforme

b).- Nivel de diseño- sismo con la misma

probabilidad de excedencia en dife-

rentes regiones

**10% de probabilidad de excedencia en

50 años (Tr = 500 años)

** 15% de probabilidad de excedencia en

75 años (Tr = 500 años)

3


AASHTO 1992 (ATC-6)

Expectativas de comportamiento:

- Los sismos pequeños y moderados se deberán

resistir en el rango de comportamiento elástico, sin

que se produzca daño significativo

- Los procedimientos de diseño deberán utilizar

fuerzas e intensidades realistas de movimientos

sísmicos

- Bajo un sismo fuerte, no deberá ocurrir el colapso

ni parcial ni total. De preferencia el daño que ocurra

deberá ser fácilmente identificable y de fácil acceso

para ser reparado.


AASHTO 1992 (ATC-6)

Conceptos básicos para el diseño sísmico:

- Se debe minimizar el riesgo de pérdidas humanas

- Se debe preservar el funcionamiento de los puentes

esenciales

- Los movimientos sísmico que se utilicen para el

diseño deberán tener una baja probabilidad de ser

excedidos durante la vida útil del puente

4

FILOSOFÍAS ACTUALES DE DISEÑO

SÍSMICO (2009)

--- Estados límite

--- Nivel de comportamiento

FILOSOFÍA DE NIVELES DE COMPORTAMIENTO

a).- Nivel de servicio

b).- Nivel de prevención de colapso

5

Asentamiento y agrietamiento en vías de acceso

DAÑOS EN PUENTES OCASIONADOS POR

SISMO


SISMO

6


SISMO

Agrietamiento de pilotes y cabezales


SISMO

Agrietamiento de pilotes y cabezales

7

Falla de elementos

diseñados para

restringir movimientos

laterales

Falla de elementos

diseñados para


laterales

8

Falla de elementos

diseñados para


laterales


SISMO (México)

- Asentamiento y agrietamiento en los accesos.

- Asentamiento de pilotes.

- Agrietamiento en pilas.

- Agrietamiento de cabezales.

- Falla de elementos diseñados para restringir

movimientos laterales.

9

Kobe, Japón, 1995

ANALISIS SÍSMICO

Análisis estático

F= (fi)(fc)(fs)(fz) W

fi = factor de importancia….1.5

fc = factor de comportamiento sísmico

fs = factor de tipo de terreno

fz = factor de zona

W = peso

10

ZONIFICACIÓN SÍSMICA DE MEXICO

ELECCIÓN DEL TIPO DE ANÁLISIS

MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS

MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO

MÉTODO DE ANÁLISIS DINÁMICO (modal y paso a

paso)

MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL

11

EL MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS SOLO ES APLICABLE A PUENTES REGULARES

LOS PUENTES QUE POSEAN UN CIERTO GRADO DE IRREGULARIDAD SE ANALIZARÁN CON EL MÉTODO ESTÁTICO

LOS PUENTES AÚN MÁS IRREGULARES Y LOS PUENTES ESPECIALES, SE ANALIZARÁN CON EL MÉTODO DINÁMICO

MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS

SE APLICA EN PUENTES QUE CUMPLAN CON LOS

SIGUIENTES REQUISITOS:

a) QUE TENGAN DOS O MÁS CLAROS O TRAMOS.

b) QUE SEAN RECTOS Y QUE LA LONGITUD DE SUS

TRAMOS SEA MUY PARECIDA.

12

c) QUE SE PUEDA SUPONER QUE LOS MARCOS

DEL PUENTE TRABAJAN DE MANERA

INDEPENDIENTE, TANTO EN SENTIDO

LONGITUDINAL COMO TRANSVERSAL

d) QUE SUS CLAROS SEAN MENORES DE 40

METROS Y EL ANCHO DE LA CALZADA SEA

MENOR DE 30 METROS

MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.)

MÉTODOLOGÍA:

1. SE ELIGE EL MARCO A DISEÑAR

2. SE OBTIENE LA MASA TRIBUTARIA CORRESPONDIENTE

3. SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL DEL MARCO EN EL SENTIDO DE ANÁLISIS (K)


13

Factores que

afectan la rigidez

lateral

Rigidez lateral relativa

Tipo de componente Muy flexible Muy rígida

Longitud total del

puente

Ancho total del

puente

Tipo de estructura

Continuidad

Geometría en

planta

Viga cajón continua

Viga T continua con

diafragmas

Viga T continua sin

diafragmas

Viga T simplemente

apoyada con diafragmas

Viga T simplemente

apoyada sin diafragmas

______

_____

_______

____

___

RIGIDEZ- SUPERESTRUCTURA

Superestructura

RIGIDEZ

SUPERESTRUCTURA

Carga puntual al centro del

claro:

Carga uniforme:

)1(

483

L

EIK s

)8.01(5

3843

L

EIK s

14

Factores que

afectan la rigidez

lateral



Dimensiones

físicas

Tipo de apoyo

Propiedades de

los materiales

Placa deslizante con

topes laterales

Placa deslizante sin

topes laterales

Apoyo elastomérico

Llave de cortante

___

___

___________

___

RIGIDEZ EN

LOS APOYOSApoyos

RIGIDEZ EN

LOS APOYOS

Elastomérico:

Deslizante: Muy alta,

inicialmente, después cero

Cazoleta: Muy alta

Gr: Módulo de cortante del

elastómero

Ar: Área transversal del elastómero

Tr: Espesor total del elastómero

r

rr

T

AGK

15

Factores que

afectan la rigidez

lateral



Altura

Propiedades de la

sección

Condiciones y tipo

de la estructura

Una columna

Varias columnas

Muro estructural

_______

__________

______

RIGIDEZ

SUBESTRUCTURASubestructura

RIGIDEZ

SUBESTRUCTURA

Una columna

Extremos empotrado-

empotrado:

Extremos empotrado-

articulado:

3

12

h

EIK c

3

3

h

EIK c

16

Varias columnas

Extremos empotrados-

empotrados:

Extremos empotrados-

articulados:

Muros

h: Altura de la columna o del muro

n: Número de columnas en cada

dirección

3

12

h

nEIK c

3

3

h

nEIK c

Notas

1. Si la rigidez torsional de la estructura es muy alta, use el resultado empotrado-empotrado. Si la rigidez es muy baja use el resultado empotrado-articulado. Si la rigidez está entre ambos casos, incluir el valor actual en el cálculo para la rigidez lateral.

2. Si las columnas no están empotradas ni articuladas, pero forman un marco, se usará la distribución de momentos que se forma para el cálculo de la rigidez.

3. Si la pila tiene el cabezal sobre pilotes o sobre un cilindro, la expresión de arriba puede ser usada con tal que h incluya la profundidad de desplante de los pilotes.

17

Factores que

afectan la rigidez

lateral



Profundidad

efectiva

Propiedades de

la sección

Tipo de

estructura

Condiciones del

suelo

Zapata en suelo duro

o en roca

Pilotes inclinados

Pilotes verticales

Zapata corrida en

suelo blando

___

________

_________

_____

CIMENTACIÓN

Cimentación

4. SE OBTIENE EL PERIODO FUNDAMENTAL DE

VIBRACIÓN

5. SE CALCULA EL VALOR DE c CORRESPONDIENTE

AL PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN Y SE

DEFINE EL FACTOR DE DUCTILIDAD Q DEL

MARCO


gK

WT 2

18

Espectros de diseño para estructuras del

grupo B

Zona

sísmica

Tipo de

sueloao c Ta Tb r

A I

II

II

0.02

0.04

0.05

0.08

0.16

0.20

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

2.9

1/2

2/3

1

B I

II

III

0.04

0.08

0.10

0.14

0.30

0.36

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

2.9

1/2

2/3

1

C I

II

II

0.36

0.64

0.64

0.36

0.64

0.64

0.0

0.0

0.0

0.6

1.4

1.9

1/2

2/3

1

D I

II

III

0.50

0.86

0.86

0.50

0.86

0.86

0.0

0.0

0.0

0.6

1.2

1.7

1/2

2/3

1

sísmico eCoeficient

Exponente

segundosen interés, de natural Periodo

terrenodeln aceleració de eCoeficient

si ;

si ;

si ;)(

c

r

T

a

TTT

Tca

TTTca

TTT

Tacaa

o

b

rb

ba

aa

oo

19

6. LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE

OBTIENE CON

DONDE W ES EL PESO DE LA MASA TRIBUTARIA


WQ

cE

KL = Rigidez en la dirección longitudinal

ML = Masa total de la superestructura

MODELO EQUIVALENTE PARA ANÁLISIS LONGITUDINAL


20

KT = Rigidez equivalente en la dirección transversal

MT = Masa equivalente de la superestructura en la

dirección transversal

MODELO EQUIVALENTE PARA ANÁLISIS TRANSVERSAL


IDEALIZACIÓN DEL PESO/MASA


21

MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO

ESTE MÉTODO SERÁ APLICABLE AL ANÁLISIS

DE AQUÉLLOS PUENTES QUE CUMPLAN CON

LOS SIGUIENTES REQUISITOS:

a) QUE TENGAN DOS O MÁS CLAROS O TRAMOS

b) QUE SEAN RECTOS O ALOJADOS EN CURVAS

HORIZONTALES DE POCO GRADO

c) QUE LA LONGITUD DE SUS TRAMOS SEA MUY PARECIDA

d) QUE LA FUERZA SÍSMICA SE DISTRIBUYA EN TODOS LOS MARCOS RESISTENTES

e) QUE LA RELACIÓN DE LA RIGIDEZ LINEAL DETODA LA SUPERESTRUCTURA Y LA RIGIDEZTRANSVERSAL DE LA SUPERESTRUCTURASEAN MENORES DE 120 METROS Y EL ANCHO DELA CALZADA NO SUPERE LOS 30 METROS

MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.)

22

LA APLICACIÓN DE ESTE MÉTODO SE LLEVA A CABO DE LA SIGUIENTE MANERA:

1. SE APLICA UNA CARGA UNIFORME HORIZONTAL DE MAGNITUD UNITARIA, EN DIRECCIÓN PERPENDICULAR A LA SUPERESTRUCTURA

2. SE OBTIENEN LOS DESPLAZAMIENTOS Y ELEMENTOS MECÁNICOS RESULTANTES DE LA APLICACIÓN DE LA CARGA UNIFORME



23

MÉTODO DE LA CARGA UNIFORME

3. CON BASE EN LOS DESPLAZAMIENTOS

CALCULADOS EN EL PASO ANTERIOR SE

ESCALA EL VALOR DE LA CARGA UNIFORME

PARA QUE PRODUZCA UN DESPLAZAMIENTO

HORIZONTAL MÁXIMO DE UN CENTÍMETRO EN

LA ESTRUCTURA

4. SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL TOTAL DE LA

ESTRUCTURA MULTIPLICANDO LA LONGITUD

POR EL NUEVO VALOR DE LA CARGA UNIFORME


24

5. SE CALCULA LA CARGA MUERTA TOTAL DE LA

ESTRUCTURA

6. SE DETERMINA EL PERÍODO NATURAL DE

VIBRACIÓN

7. SE CALCULA EL VALOR DE c

CORRESPONDIENTE AL PERIODO

FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN Y SE DEFINE EL

FACTOR DE DUCTILIDAD Q DE LA ESTRUCTURA

gK

WT 2


8. LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE

OBTIENE CON:

DONDE W ES EL PESO DE LA CARGA MUERTA

TOTAL

9. LA FUERZA E SE TRANSFORMA EN UNA CARGA

UNIFORME EQUIVALENTE

WQ

cE


25

EFECTOS BIDIRECCIONALES

LOS EFECTOS DE AMBAS COMPONENTES

HORIZONTALES DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO

SE COMBINARÁN TOMANDO, EN CADA DIRECCIÓN

QUE SE ANALICE EL PUENTE, EL 100% DE LOS

EFECTOS DE LA COMPONENTE QUE OBRA EN ESA

DIRECCIÓN Y EL 30% DE LOS EFECTOS DE LA QUE

OBRA PERPENDICULARMENTE EN ELLA, CON LOS

SIGNOS QUE PARA CADA CONCEPTO RESULTEN

MÁS DESFAVORABLES


E = 100% E(transversal) + 30% E (longitudinal)

E = 30% E (transversal) + 100 % E (longitudinal)

==========================================

E = 100% E(transversal) + 30% E (longitudinal) + 30 % (vertical)



26

MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO

CUANDO NO SE SATISFAGAN LOS REQUISITOS

PARA APLICAR CUALQUIERA DE LOS MÉTODOS

DE ANÁLISIS ESTÁTICO, SE EMPLEARÁN LOS

SIGUIENTES MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO:

ANÁLISIS MODAL

ANÁLISIS POR INTEGRACIÓN PASO A PASO

ANÁLISIS MODAL

LA PARTICIPACIÓN DE CADA MODO NATURAL DE

VIBRACIÓN EN LAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE

LA ESTRUCTURA SE DEFINIRÁ CON BASE EN LAS

ACELERACIONES ESPECTRALES DE DISEÑO

REDUCIDAS

27

LAS RESPUESTAS MODALES S, (DONDE S, PUEDE

SER FUERZA CORTANTE, FUERZA AXIAL,

DESPLAZAMIENTO LATERAL, MOMENTO

FLEXIONANTE, ETC.), SE COMBINARÁN PARA

CALCULAR LAS RESPUESTAS TOTALES S DE

ACUERDO CON LA EXPRESIÓN:

2/1

1

2

n

i

isS

ANÁLISIS MODAL (cont)

ANÁLISIS PASO A PASO

SI SE EMPLEA ESTE MÉTODO, PODRÁ ACUDIRSE A

ACELEROGRAMAS DE TEMBLORES REALES O DE

MOVIMIENTOS SIMULADOS, O COMBINADOS DE

ÉSTOS.

AL MENOS 4 HISTORIAS DE TEMBLORES SIMULADOS

EN CADA DIRECCIÓN DE ANÁLISIS.

28

ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL

LA CARGA GRAVITACIONAL ES CONSTANTE Y SE

APLICAN CARGAS LATERALES MONÓTONAS

CRECIENTES.

SE MIDE LA CAPACIDAD DE D ESPLAZAMIENTO DE

UN PUENTE AL LLEGAR AL MECANISMO DE

COLAPSO


CUALQUIERA QUE SEA EL MÉTODO DE ANÁLISIS DINÁMICO QUE SE EMPLEE, LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS HORIZONTALES DEL TERRENO EN DIRECCIONES ORTOGONALES, SE COMBINARÁN COMO SE ESPECIFICA EN RELACIÓN CON EL MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO

29

ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO

ADEMÁS DEL CÁLCULO DE LAS LONGITUDES DE

APOYO Y HOLGURAS PARA TENER EN CUENTA LOS

EFECTOS POR CAMBIOS DE TEMPERATURA,

FLUENCIA Y CONTRACCIÓN DEL CONCRETO, SE

DEBEN CALCULAR LOS LONGITUDES DE APOYO

PARA TOMAR EN CUENTA LOS EFECTOS DEL SISMO.

LONGITUD DE APOYO

LA LONGITUD MÍNIMA DE APOYO D, EN MILÍMETROS,

DE LAS TRABES O TABLEROS SOBRE LA

SUBESTRUCTURA SE CALCULARÁ COMO SIGUE:

HLD 35.808.2254

30

DONDE L ES:

• La longitud, en metros, entre dos apoyos adyacentes

• o la longitud entre el apoyo y la junta de expansión

más cercana

• o la suma de las longitudes a los lados de una

articulación dentro de un claro

DONDE H ES :

• La altura de la pila, en metros, cuando está formada

por una o varias columnas

• La altura promedio de las columnas o pilas más

cercanas, si se trata de una junta de expansión más

cercana que soporta la superestructura, si se trata

de un estribo

• H=0 para puentes de un solo tramo

31

MOVIMIENTOS RELATIVOS

ADEMÁS DE LOS EFECTOS ANTERIORES, LOS

PUENTES DEBEN SER DISEÑADOS PARA SOPORTAR

LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS RELATIVOS

OCASIONADOS POR LOS MISMOS MOVIMIENTOS

SÍSMICOS O POR FALLAS DEL TERRENO

Variabilidad espacial……..

yR

z

SFFrL

EAtM

/

DISEÑO DE TOPES LATERALES

yR

z

SFFrL

EAtM

/yR

z

SFFrL

EAtM

/yR

z

SFFrL

EAtM

/

FUERZA SÍSMICA ACTUANDO EN EL TOPE =

( Carga muerta tributaria de la superestructura, correspondiente

al tope en cuestión )

x

( aceleración del espectro de diseño correspondiente al periodo

fundamental del puente )

Nota : la altura del tope debe ser tal que la fuerza sísmica

actuando en el tope se aplique a 2/3 de la altura del mismo

32

INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

Como una aproximación a los efectos de la

interacción suelo-estructura será valido incrementar el

período fundamental de vibración y los

desplazamientos calculados en el puente bajo la

hipótesis de que éste se apoya rígidamente en su base

Tipo y geometría de la cimentación

Terreno o suelo

CIMENTACIONES

Zapatas

Pilotes

Pilas coladas en sitio (pilastrones)

Cilindros

33

CIMENTACIONES CIRCULARES

TIPO DE MOVIMIENTO

Traslación vertical 4GR/(1-n)

Traslación horizontal 8GR/(2-n)

Giro de torsión 16GR3/3

Giro de flexión 8GR3/3(1-n)

G = módulo de rigidez al corte del semi-espacio

n = módulo de Poisson del semi-espacioR = radio de la zapata

CIMENTACIONES RECTANGULARES

KR = b K

donde:

= factor de forma

b = factor de desplante

K = coeficiente de rigidez para una cimentación circular

34


1 2 3 4

1.10

1.05

1.0

FA

CT

OR

D

E

FO

RM

A, β 1.15

1.20

Y

X

2B

2L

TRANSLACIÓN H

ORIZ

ONTAL

(DIR

ECCIÓN X

)

TORSIÓN (EJE Z)

ROTACIÓN

TRANSLACIÓN HORIZONTAL

(DIRECCIÓN Y)

TRANSLACIÓN VERTICAL

(DIRECCIÓN Z)

GIRO (E

JE Y)

GIR

O (EJE

X)

Z


0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

9.0

FA

CT

OR

DE

DE

SP

LA

NT

E,

β

TR

AN

SL

AC

ION

AL

(V

ER

TIC

AL

Y H

OR

IZO

NT

AL

)

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

TO

RS

ION

AL

Y R

OT

AC

ION

AL

β

HO

RIZ

ON

TA

L

US

E E

JE

IZQ

UIE

RD

O

RO

TA

CIO

NA

L

US

E E

JE

DE

RE

CH

O

TO

SIO

NA

L

US

E E

JE

DE

RE

CH

O

VERTICAL

USE EJE IZ

QUIE

RDO

35

Zapata

rectangular

Zapata

circular

equivalente

Radio equivalente

2L

2BD

13

2

R

3

22B

RADIO EQUIVALENTE

BLR

40

4/122

36

)44(4

LBBLR

4/13

23

)4()2(

LBR

4/13

13

)2()2(

LBR

RADIOS EQUIVALENTES

Traslación

Rotación

Flexión alrededor de X

Rotación

Flexión alrededor de X

Torsión

36

equivalenteequivalente equivalente

Sistema

puente-

cimentación

MODELOS PARA REPRESENTAR LA

RIGIDEZ DE LA CIMENTACIÓN

H H HH

x

M

H 4

K K

K K

x

xxx

H

M

x

1.- Poulos

2.- Blaney

3.- Kaynia

4.- Gómez

MODELOS DE RESORTES EN LA BASE

37

ESTRIBOS

Convencionales (cabezal, muro, aleros, diafragma); no

monolíticos

Cabezal sobre pilotes o pilas coladas en sitio

Monolíticos

38

COMPORTAMIENTO INELÁSTICO

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

DISPOSISTIVOS REDUCTORES DE LA RESPUESTA SÍSMICA

DISIPACIÓN DE ENERGÍA

SÍSMICA

DISPOSITIVOS DE

CONTROL PASIVO

DISPOSITIVOS DE

CONTROL ACTIVO

39

CONTROL PASIVO

Disipadores de energía

Aisladores de base

Osciladores resonantes

Puentes – aislamiento sísmico

SEAOC (1986)

AASHTO (1994)

AASHTO (2001)

40

Objetivos:

Reducir las fuerzas sísmicas

Reducir el daño

AISLAMIENTO SÍSMICO

Mecanismo de respuesta de un puente con aisladores

Desplazamiento relativo

Posición desplazada

Cb

Kb

41

Apoyo elastomérico con centro de plomo

AceroPlomoElastómero

Fy

F1

Fr

F

F1

K1

KO

Kr

Kd

Ku

y

y1

y

Qd

a) Núcleo de plomo

b) Apoyo elastomérico

c) Combinación

plomo-elastómero

Diagramas idealizados fuerza-desplazamiento

42

Fuerza

cortante

Desplazamiento

Incremento

del núcleo

plomo

Características fuerza-deflexión por variaciones

en el diámetro del núcleo de plomo

Fuerza

cortante

Desplazamiento

Incremento de

las dimensiones

del elastomero

Características fuerza-desplazamiento por

variación de las dimensiones del elastómero

43

Fu

erz

a

Desplazamiento

Comportamiento

Histeretico

n

Fn

Fp

p

keff

Fu

erz

a

Desplazamiento

Comportamiento Viscoelástico

n

Fn

Fp

p

keff

44

Fy

FD

DistorsiónDy Dmax

Respuesta

idealizada

Respuesta real

Respuesta del

sistema elástico

Fe

Respuesta estructural del Sistema Inelástico

Fu

erz

a

Apoyo deslizantes

Superficie aislante

45

FILOSOFÍA DE DISEÑO

Apoyo

aislado

Pila inelástica

Pila elástica

A

B

Apoyo

aislado

Fy

FD

DistorsiónDy Dmax

Respuesta

idealizada

Respuesta real

Respuesta del

sistema elástico

Fe

Respuesta estructural típica de un sistema inelástico

Fu

erz

a

FACTOR DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO (R)

y

DD

DR max

46

Elementos básicos:

Apoyo flexible

Amortiguador o disipador de energía

Alta rigidez para niveles de carga de servicio


1 GL

gxmkxxcxm.....

MARCO BIDIMENSIONAL

gx..

47

Espectro de respuesta para diferentes niveles de amortiguamiento

Aceleración

Periodo

Incremento de amortiguamiento

Aceleración

Desplazamiento

Periodo

Periodo

Curva idealizada del

espectro de respuesta

de aceleraciones

Curva idealizada del

espectro de respuesta de

desplazamientos

Cambio de periodo

Cambio de periodo

48

AISLAMIENTO SISMICO

• Puente Infiernillo

• Longitud total: 515 m

• Ancho total : 18m

• 5 claros simplemente apoyados

• Longitud de las armaduras: 102 m

• Peso de cada armadura: 1500t

• Columnas de concreto

• Cimentación profunda

(cilindros y pilotes)

Puente Infiernillo

49

ZONIFICACIÓN SÍSMICA DE MEXICO

50

Perno de

cortante

Bloque movil

de apoyo

Placa base

Disco de

Poliuretano

Resorte MER

Caja guía

Placa de reacción

Disco de PTFE

Superficies de

contacto

AISLADOR SISMICO

51

Trabe

Superficie de TFE

Placa de deslizamiento

Placa de reacción

Bloque de apoyo

Placa de reacciónPlaca de mampostería

Regulador de energía de masa

AISLADOR SISMICO

Aislador sísmico

52

Modelo bilineal de histéresis

EDC

max-

Qd

Fy

Fmax+

-Fmax

y max+

Ku

Kd

Keff Ku

Desplazamiento

(mm)

Fuerza

(t)


Características del sistema:

np

np

eff

FFk

)2

12

ieff dk

DCAreaTotalEx

b

53


Pruebas requeridas en el reglamento:

1. Pruebas de caracterización del aislador

2. Pruebas del prototipo

3. Pruebas de control de calidad

Pruebas de laboratorio, MCEER, Universidad Estatal de

New York

54

Prueba de un aislador sísmico; carga lateral y vertical

Prueba de un aislador sísmico; carga lateral y vertical

55

Prueba combinada compresión y cortante.

Aislador SísmicoF

uerz

ala

tera

l (K

ips)

Desplazamiento lateral (pulgadas)

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS COMBINADAS DE

COMPRESIÓN Y CORTANTE DE 4 AISLADORES

Aislador EDC(kip-in) KEFF(kips/in)

1 802.4 37.8

2 851.9 39.0

3 974.4 41.8

4 825.0 43.7

Promedio 863.4 40.6

Diseño: EDC=893 kip-in; keff=42.1 kips/in; desp.=3.38in

56

Respuesta carga-desplazamiento del aislador

W = 375 t; EDC = 10200 t-mm; Kmer = 0.447 t/mm

Otras razones

COSTO

EXPERIENCIA

DURABILIDAD

POCO MANTENIMIENTO

PRUEBAS DE LABORATORIO

57

MODELO MATEMÁTICO

detalle

Masa adherida

Ma = (r p D2)/4

MODELO MATEMÁTICO

58

ESPECTRO DE DISEÑO

Elastic Spectrum

Composite Spectrum

for Isolated Bridge

Periódo del puente

Sin aisladores

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

PERIOD (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

g)

Periódo del puente

Con aisladores

Modos estructurales

Con 5% amort. Modos aislados

MOVIMIENTOS DEL TERRENO

(registros sísmicos)

- Proceso estocásticos no

estacionario

- Periódos de recurrencia de 100 y

200 años

59

1infier001

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1infier002

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1infier003

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Time (s)

Ace

lera

tio

n (

cm

/s2

)

RESPONSE SPECTRUM (5 %)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3PERIOD (s)

Ace

lera

tio

n (

cm

/s2

)

1

2

3

Movimientos artificiales

Acele

ració

n(g

al)

Accele

ració

n(g

al)

Acele

ració

n (

gal)

Acele

ració

n(g

al)

2infier001

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

2infier002

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30Time (s)

Ace

lera

tio

n (

cm

/s2)

2infier003

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30Time (s)

Ace

lera

tio

n (

cm

/s2)

RESPONSE SPECTRUM (5 %)

0

200

400

600

800

1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3PERIOD (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1

2

3

Movimientos artificiales (cont.)

Acele

ració

n(g

al)

Acele

ració

n(g

al)

Acele

ració

n(g

al)

Acele

ració

n(g

al)

60

CARACTERÍSTICAS DE LOS REGISTROS ARTIFICIALES

Tr = 50 años Tr = 100 años

IDLongitud

(s)

Aceleración

máxima

(gals)

Aceleración

espectral

máxima

(gals)

IDLongitud

(s)

Aceleración

máxima

(gals)

Aceleración

espectral

Máxima

(gals)

1infierf001 29.14 72 327 2infier001 25.42 235 848

1infier002 22.42 173 676 2infier002 23.96 174 610

1infier003 24.90 143 406 2infier003 33.06 267 775

Movimientos registrados

RESPONCE SPECTRUM (5 %)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

PERIOD (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

gal)

VERTICAL

N75E

N15W

IMPT9701.111 VERTICAL

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 20 40 60 80 100

TIME (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

gal)

IMPT9701.111 N75E

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 20 40 60 80 100

TIME (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

gal)

IMPT9701.111 N75W

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 20 40 60 80 100

TIME (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

gal)

61

ACELEROGRAMAS REGISTRADOS

ID FechaDur.

(s)

Vert..

Acel..

(gals)

E-W.

Acel.

(gals)

N - S

Acel.

(gals)

Vert..

Spec.

Acel.

(gals)

E - W

Spec.

Acel.

(gals)

N - S

Spec..

Acel.

(gals)

INMD8509.191 19/09/85 86.73 83.76 99.63 142.63 262.04 41.24 438.53

INMD9412.101 10/12/94 55.79 112.93 211.50 173.22 358.97 694.82 642.11

INMD9906.211 21/06/99 57.24 133.51 140.83 221.04 470.14 444.14 690.92

INMD9412.101 10/12/94 76.71 269.88 376.59 541.20 1057.10 1176.90 38.12

INMI9701.111 11/01/97 93.02 278.97 334.00 450.75 861.90 1400.50 1294.50

INMI9906.211 21/06/99 76.32 224.84 438.81 521.66 22.52 25.79 39.02

IMPT9701.111 11/01/97 89.11 190.43 332.62 282.37 50.57 53.79 81.62

INPT9906.211 21/06/99 72.44 205.30 249.75 195.19 737.40 840.24 74.73

HISTORIAS DE DESPLAZAMIENTO

EN NODOS DEL AISLADOR

-0.025

0

0.025

0 5 10 15 20 25Tiempo (s)

De

sp

laza

mie

nto

(m

)

Armadura

Cabezal

Tiempo(s)

Desp

lazam

ien

to (m

)

62

HISTORIAS DE FUERZAS CORTANTES

AISLADOR SÍSMICO

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 5 10 15 20 25Tiempo (s)

Desp

lazam

ien

to (

m)

Cor Y

Cor X

Tiempo (s)

Fu

erz

aco

rtan

te (

t)

Ciclos de histéresis (registros simulados)

PILA 2 PILA 4

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

63

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)

SH

EA

R (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)

SH

EA

R (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)S

HE

AR

(t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)

SH

EA

R (

t)

Ciclos de histéresis (movimientos registrados)

PILA 2 PILA 4

REACCIONES (ANÁLISIS MULTIMODAL)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2 3 4 5

PILA

Co

rtan

te L

on

git

ud

inal (t

)

SIN AISLADORES

CON AISLADORES

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 3 4 5

PILA

Co

rtan

te T

ran

sv

ers

al (t

) SIN AISLADORES

CON AISLADORES

64

REACCIONES NORMALIZADAS (NO LINEAL, DINÁMICO)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Co

rtan

te (t)

20

0-1

20

0-2

20

0-3

10

0-1

10

0-2

10

0-3

10

0-4

10

0-5

10

0-6

50

-1

50

-2

50

-3

19

/08

/19

85

12

/01

/19

94

PILA 2

PILA 3

PILA 4

PILA 5

SISMO

PILA 2 PILA 3 PILA 4 PILA 5

HISTORIA DE DESPLAZAMIENTOS VERTICALES EN

UN AISLADOR EN LA PILA 4

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 20 40 60 80 100

Tiempo (s)

Desp

lazam

ien

to (

m)

Aislador 9

Aislador 10

Aislador 11

Aislador 12

65

HOLGURAS

B

TAS effi8

g

W2

effkTeff

JUNTAS MODULARES

66

RESULTADOS

(Puente Infiernillo)

Las fuerzas cortantes y momentos flexionantes

disminuyen , comparados con los obtenidos de un

análisis estático y modal espectral

Los desplazamientos aumentan en más de 2 veces su

magnitud, comparados con los obtenidos de un análisis

estático o modal espectral

COMENTARIOS FINALES

Los apoyos como los aquí mostrados son fácil de

adaptar al diseño de puentes

La disipación de energía se concentra en elementos

especialmente diseñados para ello

La respuesta del puente depende de las características

del apoyo y del número y posición de los mismos

Son de fácil mantenimiento

67

Puente Infiernillo

1er curso internacional diseño especializado de...

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