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Universidad de Guayaquil
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A
LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS
ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PILA TIPO CON AISLADOR Y SIN
AISLADOR SÍSMICO, APLICADO PARA UN PUENTE UBICADO EN LA CIUDAD
DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL GUAYAS, MEDIANTE EL USO ASISTIDO DE
SOFTWARE DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL.
AUTORES: MANUEL ENRIQUE GARCIA LABORDA
PEDRO JOEL SANDOYA GALARZA
TUTOR: ING. PABLO LINDAO TOMALÁ, MSc.
GUAYAQUIL, OCTUBRE 2020
ii
Agradecimiento
Principalmente le doy gracias a Dios, a mis padres (Blanca Laborda Acosta y
Manuel García Villacrés) y hermanos (Paula García Laborda y Juan García Laborda)
por ser el impulso y la motivación principal para la obtención de este título.
A mi familia por el apoyo incondicional y en especial el de mi tía Elena García
Villacrés y su Esposo Magno Silva Canales y a mi compañera Viveka Soledispa
Morales quienes tuvieron un aporte especial durante mi ciclo académico.
A los maestros que formaron parte de mi desarrollo académico, compartiendo
experiencias y conocimientos en su vida de docencia y profesional.
Y en general a todas aquellas personas que en algún momento me brindaron su
apoyo para seguir con mi meta.
Manuel Enrique García Laborda
iii
Agradecimiento
Agradezco a Dios por la sabiduría y la fortaleza necesaria a lo largo de todo el
proceso de formación académica profesional.
Agradezco a mis padres (Elvira Marivel Galarza Caicedo y Paulo Plutarco Sandoya
Arreaga) y hermanos (Jorge Eduardo Oviedo Galarza, Erick David Sandoya Galarza
y Jhoann Patrick Sandoya Galarza) por ser mi pilar fundamental y mi mayor motivo
para superarme cada día.
Agradezco en general a la Universidad, por brindarme las herramientas necesarias
para obtener el conocimiento necesario para poder desempeñarme como un buen
profesional, también a mis profesores que me enseñaron lo que es el trabajo duro,
dándome como resultado una satisfacción de excelencia.
Pedro Joel Sandoya Galarza
iv
Dedicatoria
Este logro va dedicado para mi razón de ser, a mi mayor motivación…mi familia,
quienes día a día me dan fuerzas para seguir adelante con mis objetivos.
A mis padres por haberme forjado como la persona que soy actualmente; muchos
de mis logros y objetivos conseguidos se los debo a ustedes entre los que se incluye
este.
Manuel Enrique García Laborda
v
Dedicatoria
Este estudio se lo dedico especialmente a mi madre, que siempre me brindo su
comprensión en todas las adversidades que se me presentaron y por sus oraciones
que fueron escuchadas y ahora me permiten culminar una etapa académica más.
Se lo dedico también a mi Padre por enseñarme lo que es el trabajo duro y a valorar
cada fruto producto del esfuerzo propio, así como también por su apoyo incondicional
en las decisiones que tome a lo largo de mi vida.
Y por último a mis hermanos, que siempre están presente con su apoyo y
motivación en cada etapa que he podido concluir.
Pedro Joel Sandoya Galarza
vi
Declaración Expresa
Articulo XI.- del Reglamento Interno de Graduación de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad de los hechos, ideas y doctrinas expuestas en este Trabajo de
Titulación corresponde exclusivamente al Autor y al Patrimonio Intelectual de la
Universidad de Guayaquil.
Manuel Enrique García Laborda Pedro Joel Sandoya Galarza
Nº. C.I. 120706051-6 Nº. C.I. 120707889-8
vii
Tribunal de Graduación
Ing. Carlos Cusme Vera, MSc. Vocal
Ing. Christian Almendáriz Rodríguez, MSc. Presidente del Tribunal
Ing. Adalberto Vizconde Campos, MSc. Vocal
viii
ANEXO VI. - CERTIFICADO DEL DOCENTE-TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
FACULTAD: CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA: INGENIERIA CIVIL
Guayaquil,14 de octubre de 2020
Ingeniero Javier Córdova Rizo, MSc. DIRECTOR DE LA CARRERRA DE INGENIERIA CIVIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL Ciudad. -
De mis consideraciones:
Envío a Ud. el Informe correspondiente a la tutoría realizada al Trabajo de Titulación “ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PILA TIPO CON AISLADOR Y SIN AISLADOR SÍSMICO, APLICADO PARA UN PUENTE UBICADO EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL GUAYAS, MEDIANTE EL USO ASISTIDO DE SOFTWARE DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL.” de los estudiantes GARCÍA LABORDA MANUEL ENRIQUE; SANDOYA GALARZA PEDRO JOEL, indicando que han cumplido con todos los parámetros establecidos en la normativa vigente:
El trabajo es el resultado de una investigación. El estudiante demuestra conocimiento profesional integral. El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento. El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.
Adicionalmente, se adjunta el certificado de porcentaje de similitud y la valoración del trabajo de titulación con la respectiva calificación.
Dando por concluida esta tutoría de trabajo de titulación, CERTIFICO, para los fines pertinentes, que los estudiantes están aptos para continuar con el proceso de revisión final.
Atentamente,
ING. LINDAO TOMALÁ PABLO C.I. 0912218419 FECHA:14/10/2020
ix
ANEXO VII.- CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD
FACULTAD: CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS CARRERA: INGENIERIA CIVIL
Habiendo sido nombrado ING. LINDAO TOMALÁ PABLO M.Sc, tutor del trabajo de titulación certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por GARCIA LABORDA MANUEL ENRIQUE con C.C.: 1207060516; SANDOYA GALARZA PEDRO JOEL con CC.:1207078898, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la obtención del título de INGENIERO CIVIL.
Se informa que el trabajo de titulación: “ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PILA TIPO
CON AISLADOR Y SIN AISLADOR SÍSMICO, APLICADO PARA UN PUENTE UBICADO EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL GUAYAS, MEDIANTE EL USO ASISTIDO DE
SOFTWARE DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL.”, ha sido orientado durante todo el periodo de
ejecución en el programa antiplagio (Urkund) quedando el 8 % de coincidencia.
ING. LINDAO TOMALÁ PABLO M.Sc. C.C.: 0912218419 FECHA:14/10/2020
x
ANEXO VIII.- INFORME DEL DOCENTE REVISOR FACULTAD: CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA: INGENIERIA CIVIL
Guayaquil,16 de oct. de 2020
Ingeniero Javier Córdova Rizo, MSc. DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL Ciudad. –
De mis consideraciones:
Envío a Ud. el Informe correspondiente a la REVISIÓN FINAL del Trabajo de
Titulación “ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PILA TIPO CON AISLADOR Y SIN AISLADOR SÍSMICO, APLICADO PARA UN PUENTE UBICADO EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL GUAYAS, MEDIANTE EL USO ASISTIDO DE SOFTWARE DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL.” de los estudiantes GARCÍA LABORDA MANUEL ENRIQUE; SANDOYA
GALARZA PEDRO JOEL. Las gestiones realizadas me permiten indicar que el trabajo fue revisado considerando todos los parámetros establecidos en las normativas vigentes, en el cumplimento de los siguientes aspectos:
Cumplimiento de requisitos de forma: El título tiene un máximo de 35 palabras. La memoria escrita se ajusta a la estructura establecida. El documento se ajusta a las normas de escritura científica seleccionadas por la Facultad. La investigación es pertinente con la línea y sublíneas de investigación de la carrera. Los soportes teóricos son de máximo 5 años. La propuesta presentada es pertinente.
Cumplimiento con el Reglamento de Régimen Académico: El trabajo es el resultado de una investigación. El estudiante demuestra conocimiento profesional integral. El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento. El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.
Adicionalmente, se indica que fue revisado, el certificado de porcentaje de similitud, la valoración del tutor, así como de las páginas preliminares solicitadas, lo cual indica el que el trabajo de investigación cumple con los requisitos exigidos.
Una vez concluida esta revisión, considero que los estudiantes GARCÍA LABORDA MANUEL ENRIQUE; SANDOYA GALARZA PEDRO JOEL están aptos para continuar el proceso de titulación. Particular que comunicamos a usted para los fines pertinentes.
Atentamente,
xi
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y DE AUTORIZACIÓN DE LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE
Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS
FACULTAD: CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA: INGENIERIA CIVIL
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS
Nosotros, GARCIA LABORDA MANUEL ENRIQUE, con C.I. No. 1207060516; Y SANDOYA GALARZA PEDRO JOEL con C.I. No. 1207078898, certificamos que los contenidos desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PILA TIPO CON AISLADOR Y SIN AISLADOR SÍSMICO, APLICADO PARA UN PUENTE UBICADO EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL GUAYAS, MEDIANTE EL USO ASISTIDO DE SOFTWARE DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL.” son de nuestra absoluta propiedad y responsabilidad, en conformidad al Artículo 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizamos la utilización de una licencia gratuita intransferible, para el uso no comercial de la presente obra a favor de la Universidad de Guayaquil.
García Laborda Manuel Enrique Sandoya Galarza Pedro Joel
C.I. No 1207060516 C.I. No 1207078898
xii
ÍNDICE GENERAL
CAPITULO I
Generalidades
1.1. Introducción ..................................................................................................... 1
1.2. Antecedentes................................................................................................... 2
1.3. Ubicación ......................................................................................................... 4
1.4. Planteamiento del Problema............................................................................ 4
1.5. Delimitación del Tema ..................................................................................... 4
1.6. Objetivos ......................................................................................................... 5
1.6.1. Objetivo General. ............................................................................................. 5
1.6.2. Objetivos Específicos. ..................................................................................... 5
1.7. Justificación e Importancia .............................................................................. 5
1.8. Alcance del Proyecto ....................................................................................... 6
CAPITULO II
Marco Teórico
2.1. Puente ............................................................................................................. 7
2.1.1. Puente Viga-Losa ............................................................................................ 7
2.1.2. Partes de la Estructura General de un Puente. ............................................... 7
2.1.2.1. Superestructura ........................................................................................ 7
2.1.2.2. Subestructura ........................................................................................... 8
2.1.3. Componentes no Estructurales. ...................................................................... 8
2.1.4. Filosofía de Diseño .......................................................................................... 8
2.1.5. Estados Límites ............................................................................................... 8
xiii
2.1.5.1. Estado Límite de Servicio. ........................................................................ 9
2.1.5.2. Estado Límite de Fatiga y Fractura. ......................................................... 9
2.1.5.3. Estado Límite de Resistencia. .................................................................. 9
2.1.5.4. Estados Límites de Evento Extremo. ..................................................... 10
2.2. Carga, Combinaciones y Factores. ............................................................... 10
2.2.1. Cargas Permanentes. .................................................................................... 10
2.2.2. Cargas Transitorias ....................................................................................... 10
2.2.3. Estados Limites ............................................................................................. 11
2.2.4. Sobrecargas Gravitatorias: LL y PL. .............................................................. 15
2.2.4.1. Sobrecarga Vehicular: LL. ...................................................................... 15
2.2.4.2. Número de Carriles de Diseño. .............................................................. 15
2.2.4.3. Presencia de Múltiples sobrecargas. ...................................................... 15
2.2.4.4. Sobrecarga Vehicular de Diseño. ........................................................... 15
2.2.4.5. Camión de Diseño. ................................................................................. 15
2.2.4.6. Carga del Carril de Diseño ..................................................................... 16
2.2.4.7. Tándem de Diseño ................................................................................. 16
2.2.4.8. Cargas Peatonales: PL........................................................................... 17
2.3. Fuerza de Frenado: BR ................................................................................. 17
2.4. Cargas Sísmicas: EQ .................................................................................... 17
2.4.1. Coeficientes de Aceleración .......................................................................... 18
2.4.2. Categorías según la Importancia del Puente ................................................. 19
2.4.3. Zonas Sísmicas ............................................................................................. 20
2.4.4. Efectos de Sitio o Coeficiente de Sitio ........................................................... 20
2.4.5. Factor de Modificación de Respuesta ........................................................... 22
2.5. Criterios de Regularidad según la AASHTO LRFD ....................................... 23
2.6. Filosofía de Diseño Sismo Resistente para Puentes ..................................... 23
2.6.1. Método de Análisis Espectral Multimodal (mm). ............................................ 24
2.6.2. Análisis y Diseño de Puentes Sísmicamente Aislados. ................................. 25
2.6.3. Principios de Aislamiento sísmico de puentes. .............................................. 25
xiv
2.6.4. Características de los Sistemas de Aislamiento Sísmico. ............................. 25
2.6.5. Rigidez Bajo Cargas Laterales Bajas. ........................................................... 26
2.7. Aisladores Sísmicos ...................................................................................... 27
2.7.1. Cargas para el Análisis y Diseño de Puentes Sísmicamente Aislados. ......... 27
2.7.2. Aisladores Elastoméricos. ............................................................................. 28
2.7.3. Aislador Sísmico Cónico de Fricción. ............................................................ 28
2.7.3.1. Principio de Funcionamiento y Especificaciones .................................... 30
2.7.4. Métodos de Análisis de Puentes Sísmicamente Aislados. ............................ 32
CAPITULO III
Metodología
3.1. Marco Metodológico ...................................................................................... 33
3.2. Descripción General del Puente. ................................................................... 33
3.3. Materiales. ..................................................................................................... 35
3.4. Descripción del Modelo Geométrico de Análisis. ........................................... 35
3.4.1. Memoria de Calculo. ...................................................................................... 36
3.4.1.1. Geometría del Modelo. ........................................................................... 36
3.4.1.2. Materiales. .............................................................................................. 37
3.4.1.3. Cargas. ................................................................................................... 37
3.4.1.3.1. Cargas Permanentes. ..................................................................... 37
3.4.1.3.2. Cargas Vehiculares. ........................................................................ 38
3.4.1.3.3. Factor de Multipresencia de Carga Viva ......................................... 38
3.4.1.3.4. Carga de Viento. ............................................................................. 38
3.4.1.3.5. Cálculo de la Presión Horizontal del Viento .................................... 39
3.4.1.3.6. Presión a Barlovento ....................................................................... 40
3.4.1.3.7. Presión a Sotavento ........................................................................ 40
3.4.1.3.8. Fuerzas de Viento en los Componentes del Puente ....................... 40
3.4.1.3.9. Fuerza en Vigas del Tablero - p5 .................................................... 40
3.4.1.3.10. Fuerza en Viga Cabezal - p5 ........................................................... 41
3.4.1.3.11. Fuerza en la Pila 5 .......................................................................... 41
3.4.1.3.12. Fuerza de Frenado. ......................................................................... 42
3.4.1.3.13. Carga Sísmica. ................................................................................ 44
xv
3.4.1.3.14. Construcción del Espectro elástico de Diseño, Determinación del
Factor de Zona. ........................................................................................................ 44
3.4.1.3.15. Razón Espectral. ............................................................................. 45
3.4.1.3.16. Determinación de los Factores de Amplificación de Zona fa, fd, fs. 45
3.4.1.3.17. Elaboración de Espectro Elástico del Diseño. ................................ 47
3.4.1.3.18. Factores para Modificación de Respuestas Estructurales (R). ........ 48
3.4.2. Descripción del Proceso de Modelado del SAP2000. ................................... 50
3.4.2.1. Demanda de los Elementos Estructurales de Análisis. .......................... 68
3.4.2.1.1. Viga cabezal. ................................................................................... 68
3.4.2.1.2. Columnas ........................................................................................ 69
3.4.2.1.3. Pilotes ............................................................................................. 74
3.4.2.2. Modelo de Análisis (Pushover) ............................................................... 78
3.5. Metodología para la Comprobación del Diseño Propuesto de los Elementos
Estructurales ............................................................................................................ 93
3.5.1. Diseño Estructural de la Viga Cabezal para Momento Negativo. ............... 94
3.5.2. Diseño Estructural de la Viga Cabezal para Momento Positivo. ................ 96
3.5.3. Metodología de Diseño Estructural a Cortante de la Viga Cabezal. .......... 98
3.5.4. Diseño Estructural de la Viga Cabezal para Fuerza Cortante. ................... 99
3.5.5. Diseño Estructural de Columna y Pilote. .................................................. 101
3.5.6. Análisis de Pila d=1.5m. ........................................................................... 101
3.5.6.1. Diseño a Flexión. ..................................................................................... 101
3.5.6.2. Diagrama de Interacción. ......................................................................... 102
3.5.6.3. Diseño a Corte. ........................................................................................ 105
3.5.7. Análisis de Pilote, d = 1.20m .................................................................... 107
3.5.7.1. Diseño a Flexión. ..................................................................................... 107
3.5.7.2. Diagrama de Interacción. ......................................................................... 107
3.5.7.3. Diseño a Corte. ........................................................................................ 109
xvi
CAPITULO IV
Análisis de Resultados
4.1. Obtencion de Datos ..................................................................................... 111
4.2. Comparación de los Periodos y Vibraciones Modales ................................. 111
4.3. Modos de Vibración sin Aislador ................................................................. 111
4.4. Modos de Vibración con Aislador ................................................................ 113
4.5. Respuesta Sísmica de los Puentes ............................................................. 115
4.6. Comparación en las Demandas .................................................................. 118
4.6.1. Demandas en la Pila Izquierda sin Aislador ................................................ 118
4.6.2. Demanda de la Pila Izquierda con Aislador ................................................. 119
4.6.3. Demandas en la Pila Derecha, sin Aislador ................................................ 120
4.6.4. Demandas en la Pila derecha, con Aislador ................................................ 121
4.6.5. Demanda en la Viga cabezal sin Aislador ................................................... 122
4.6.6. Demanda en la Viga Cabezal con Aislador ................................................. 123
4.6.7. Demanda en el Pilote sin Aislador ............................................................... 124
4.6.8. Demanda en el Pilote con Aislador .............................................................. 125
4.6.9. Demanda de Fuerzas en el Link sin Aislador .............................................. 126
4.6.10. Demanda de Fuerzas en el Link sin Aislador ........................................... 127
4.7. Comparación de Desplazamientos .............................................................. 128
4.7.1. Desplazamientos en el Link sin Aislador ..................................................... 128
4.7.2. Desplazamientos en el Link con Aislador .................................................... 129
4.8. Análisis de Pushover. .................................................................................. 130
xvii
4.9. Análisis Comparativo ................................................................................... 138
CAPITULO V
Conclusiones y Recomendaciones
5.1. Conclusiones ............................................................................................... 141
5.2. Recomendaciones ....................................................................................... 142
Bibliografía
xviii
Índice de Ilustraciones
Ilustración 1: Implantación del Puente. ..................................................................... 4
Ilustración 2: Sección Transversal Típica, Puente Viga Losa. .................................. 7
Ilustración 3: Características Generales del Camión de Diseño ............................ 16
Ilustración 4: Carga de Carril de Diseño ................................................................. 16
Ilustración 5: Tándem de Diseño ............................................................................ 17
Ilustración 6: DCL - Fuerza de Frenado ................................................................. 17
Ilustración 7: Mapa de Peligro Sísmico. ................................................................. 18
Ilustración 8: Valores del Factor Z. ......................................................................... 19
Ilustración 9: Filosofía de Diseño Sismo resistente. ............................................... 24
Ilustración 10: Comparación de un Puente convencional y Sísmicamente Aislado 25
Ilustración 11: Curva típica de Respuesta de Aceleración ..................................... 26
Ilustración 12: Aislador Sísmico conico de fricción. ................................................ 29
Ilustración 13: Lazo de Histéresis Fuerza-Desplazamiento .................................... 30
Ilustración 14: Planta típica del Puente del tramo de análisis ................................ 33
Ilustración 15: Sección transversal típica de la superestructura del Puente ........... 34
Ilustración 16: Elevación típica del Puente del tramo de Análisis. .......................... 34
Ilustración 17: Vista Lateral del puente. ................................................................. 35
Ilustración 18: Modelo de Análisis 3D. ................................................................... 35
Ilustración 19: Vista en planta de la estructura de la cimentación .......................... 37
Ilustración 20: Aplicación de las carga de viento en los elementos estructurales. . 41
Ilustración 21: Camión de Diseño .......................................................................... 42
Ilustración 22: Tándem de Diseño .......................................................................... 43
Ilustración 23: Carril de diseño ............................................................................... 43
Ilustración 24: Curva de Peligro Sísmico para Guayaquil ...................................... 45
xix
Ilustración 25: Fa - Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período
corto .................................................................................................................. 46
Ilustración 26: Fd - amplificación de las ordenadas del espectro elástico de
respuesta de desplazamientos para diseño en roca ......................................... 46
Ilustración 27: Fs - Comportamiento no lineal de los suelos .................................. 46
Ilustración 28: Espectro Elástico de Diseño ........................................................... 47
Ilustración 29: Definición de Unidades. .................................................................. 50
Ilustración 30: Sistemas de Coordenadas y Puntos. .............................................. 51
Ilustración 31: Propiedades del Hormigón para losa. ............................................. 51
Ilustración 32: Propiedades del Hormigón para Viga Cabezal, Pilotes, Pilas y
Zapata. .............................................................................................................. 52
Ilustración 33: Definición de Material Acero A36. ................................................... 52
Ilustración 34: Definición de Acero Grado 50. ........................................................ 53
Ilustración 35: Definición de Propiedades para Acero de Refuerzo ....................... 53
Ilustración 36: Secciones Transversales de los Elementos. ................................... 54
Ilustración 37: Vigas UPN-400. .............................................................................. 54
Ilustración 38: Viga Cabezal 1.6x2m ...................................................................... 55
Ilustración 39: Viga Cabezal 1.8x2m ...................................................................... 55
Ilustración 40: Viga Cabezal 2x2.2m ...................................................................... 56
Ilustración 41: Viga Mathiere 50m .......................................................................... 56
Ilustración 42: Viga Mathiere. ................................................................................. 57
Ilustración 43: Sección de Pila. .............................................................................. 57
Ilustración 44: Pila d=1.5m ..................................................................................... 58
Ilustración 45: Pila d=1.2m ..................................................................................... 58
Ilustración 46: Pila d=1m ........................................................................................ 59
xx
Ilustración 47: Losa e=25 ....................................................................................... 59
Ilustración 48: Zapata – Shell Thick. ...................................................................... 60
Ilustración 49: Zapata 2m ....................................................................................... 60
Ilustración 50: Propiedades de Link ....................................................................... 61
Ilustración 51: Espectro GYE R=1 NEC 15 ............................................................ 61
Ilustración 52: Load Patterns. ................................................................................. 62
Ilustración 53: Load Cases ..................................................................................... 62
Ilustración 54: Load ................................................................................................ 62
Ilustración 55: Vista en Planta del Tablero ............................................................. 63
Ilustración 56: Vista en 3D del Modelo Completo ................................................... 63
Ilustración 57: Asignación de Cargas (Barandas) .................................................. 63
Ilustración 58: Asignación de Cargas (Asfalto) ....................................................... 64
Ilustración 59: Aplicación de la Fuerza de Frenado como Momento en el centro del
vano .................................................................................................................. 64
Ilustración 60: Asignación de Cargas Móviles ........................................................ 64
Ilustración 61: Asignación de los carriles de diseño ............................................... 65
Ilustración 62: Vehículo Tándem ............................................................................ 65
Ilustración 63: Camión de Diseño .......................................................................... 66
Ilustración 64: Opciones de Análisis....................................................................... 66
Ilustración 65: Casos de Carga para Análisis del Modelo. ..................................... 67
Ilustración 66: Asignación de los aisladores como aparato de apoyo en vigas ...... 67
Ilustración 67: Vista 3D de los aisladores en el Modelo Estructural ....................... 67
Ilustración 68: Diagrama de Momento 3-3 (Resistencia 1) ..................................... 68
Ilustración 69: Diagrama de Momento (Evento Extremo 1Y) ................................. 68
Ilustración 70: Diagrama de Momento (Servicio1) ................................................. 69
xxi
Ilustración 71: Diagrama de Momento 2-2 (Resistencia 1) ..................................... 69
Ilustración 72: Diagrama de Momento 3-3 (Resistencia 1) ..................................... 70
Ilustración 73: Diagrama de Fuerza Axial (Resistencia 1). ..................................... 70
Ilustración 74: Diagrama de Momento 2-2 (Evento Extremo 1X) ........................... 71
Ilustración 75: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo 1X) ........................... 71
Ilustración 76: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1Y) ............................ 72
Ilustración 77: Diagrama de Momento 2-2 (Evento Extremo 1Y) ........................... 72
Ilustración 78: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo 1Y) ........................... 73
Ilustración 79: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1Y) ............................ 73
Ilustración 80: Diagrama de Momento 2-2 (Resistencia 1) ..................................... 74
Ilustración 81: Diagrama de Momento 3-3 (Resistencia 1) ..................................... 74
Ilustración 82: Diagrama de Fuerza Axial (Resistencia 1) ..................................... 75
Ilustración 83: Diagrama de Momento 2-2(Evento Extremo 1X) ............................ 75
Ilustración 84: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo 1X) ........................... 76
Ilustración 85: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1x) ............................. 76
Ilustración 86: Diagrama de Momento 2-2 (Evento Extremo1). .............................. 77
Ilustración 87: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo1). .............................. 77
Ilustración 88: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1Y). ........................... 78
Ilustración 89: Definición de Materiales. ................................................................. 78
Ilustración 90: Frame Properties. ........................................................................... 79
Ilustración 91: Sección Circular. ............................................................................. 79
Ilustración 92: Definición del Refuerzo Estructural ................................................. 80
Ilustración 93: Definición de Sección, Viga Cabezal .............................................. 80
Ilustración 94: Refuerzo en Elementos Estructurales ............................................. 81
Ilustración 95: Definición Sísmica de Fuerzas ........................................................ 81
xxii
Ilustración 96: Definición de Patrones de Cargas .................................................. 82
Ilustración 97: Definición del Mass Source ............................................................. 82
Ilustración 98: Casos de Cargas ............................................................................ 82
Ilustración 99: Load Case -Lateral X ...................................................................... 83
Ilustración 100: Load Case -Lateral Y .................................................................... 83
Ilustración 101: Load Case-CGNL X ...................................................................... 83
Ilustración 102: Load Case-CGNL Y ...................................................................... 84
Ilustración 103: Control de Desplazamientos CGNL X ........................................... 84
Ilustración 104: Load Case Data - PUSHOVER X ................................................. 85
Ilustración 105: Contro de desplazamiento PUSHOVER X .................................... 85
Ilustración 106: Pasos de incremento de cargas PUSHOVER X ........................... 85
Ilustración 107: Load Case CGNL PUSH X ........................................................... 86
Ilustración 108: Control de desplazamiento en el sentido Y ................................... 86
Ilustración 109: Numero de pasos de análisis. ....................................................... 86
Ilustración 110: Asignacion de la carga muerta. ..................................................... 87
Ilustración 111: Asignación de la carga viva. ......................................................... 87
Ilustración 112: Asignación de la carga lateral en el sentido X .............................. 88
Ilustración 113: Aplicación de la carga lateral en el sentido Y. ............................... 88
Ilustración 114: Frame Space Loads (Viento). ....................................................... 89
Ilustración 115: Propiedades de las posibles rotulas en vigas. .............................. 89
Ilustración 116: Frame Hinge Assignment. ............................................................. 90
Ilustración 117: Propiedades de las posibles rotulas en columnas. ....................... 90
Ilustración 118: Disposición de las posible rotulas en columnas ............................ 91
Ilustración 119: Frame Hinges. .............................................................................. 91
Ilustración 120: Opciones de Análisis (PUSHOVER.). ........................................... 92
xxiii
Ilustración 121: Casos de carga para análisis. ....................................................... 92
Ilustración 122: Diagrama de Interacción para la columna derecha. .................... 103
Ilustración 123: Diagrama de Interacción para la columna izquierda. .................. 104
Ilustración 124: Diagrama de Interacción para la pilotes. ..................................... 108
Ilustración 125: Primer modo de vibración, T=0.538 seg. .................................... 111
Ilustración 126: Segundo modo de vibración, T=0.528 seg. ............................... 112
Ilustración 127: Tercer modo de vibración, T=0.446 seg. .................................... 112
Ilustración 128: Cuarto modo de vibración, T=0.415 seg. .................................... 113
Ilustración 129: Primer modo de vibración, T=3.38 seg. ...................................... 113
Ilustración 130: Segundo modo de vibración, T=3.379 seg. ................................ 114
Ilustración 131: Tercer modo de vibración, T=2.832 seg. .................................... 114
Ilustración 132: Cuarto modo de vibración, T=0.540 seg. .................................... 115
Ilustración 133:Deformed Shape (PUSHOVER X1) ............................................. 130
Ilustración 134: Deformed Shape (PUSHOVER X3) ............................................ 130
Ilustración 135: Deformed Shape (PUSHOVER X10). ......................................... 131
Ilustración 136: Deformed Shape (PUSHOVER X12). ......................................... 131
Ilustración 137: Grafica Momento vs Rotación Plástica 4H2. ............................... 132
Ilustración 138: Grafica Momento vs Rotación Plástica 3H2. ............................... 132
Ilustración 139: Grafica Momento vs Rotación Plástica 4H1. ............................... 133
Ilustración 140: Grafica Momento vs Rotación Plástica 3H1. ............................... 133
Ilustración 141: Punto de Desempeño en el Sentido Y. ....................................... 134
Ilustración 142: Deformed Shape (Pushover Y). .................................................. 134
Ilustración 143: Deformed Shape (Pushover Y 6) ................................................ 135
Ilustración 144: Deformed Shape (Pushover Y 16). ............................................. 135
Ilustración 145: Deformed Shape (Pushover Y 3). ............................................... 136
xxiv
Ilustración 146: Grafica Momento vs Rotación Plástica 4H2. ............................... 136
Ilustración 147: Grafica Momento vs Rotación Plástica 3H2. ............................... 137
Ilustración 148: Punto de Desempeño en el sentido X. ........................................ 137
xxv
Índice de Tablas
Tabla 1: Combinaciones y Factores de Carga ......................................................... 13
Tabla 2: Factores de Carga para Cargas Permanentes. ......................................... 14
Tabla 3: Factores de Presencia Múltiple. ................................................................ 15
Tabla 4: Clasificación por Importancia según AASHTO LRFD ................................ 19
Tabla 5: Zonas Sísmicas según AASHTO LRFD .................................................... 20
Tabla 6: Tipos de Perfiles de Suelos y Coeficiente de Sitio. ................................... 21
Tabla 7: Factor de Modificación de Respuesta para Subestructuras y Conexiones 22
Tabla 8: Requisitos para que un Puente sea considerado regular. ......................... 23
Tabla 9: Estados con más de diez Puentes aislados. ............................................. 27
Tabla 10: Características Mecánicas del Aislador ................................................... 31
Tabla 11: % Masa participativa y modos de vibraciones de la pila sin el uso del
aislador en el modo MODAL .................................................................................. 116
Tabla 12: % Masa participativa y modos de vibraciones de la pila con el uso del
aislador en el modo MODAL .................................................................................. 117
Tabla 13: Fuerzas en los Elementos (Pila Izq.) sin aislador. ................................. 118
Tabla 14: Fuerzas en los Elementos (Pila Izq.) con aislador. ................................ 119
Tabla 15: Fuerzas en los Elementos (Pila Der.) sin aislador. ................................ 120
Tabla 16: Fuerzas en los Elementos (Pila Der.) con aislador. ............................... 121
Tabla 17: Fuerzas en los Elementos (Viga Cabezal) sin aislador .......................... 122
Tabla 18: Fuerzas en los Elementos (Viga Cabezal) con aislador ........................ 123
Tabla 19: Fuerzas en los Elementos (pilote) sin aislador ...................................... 124
Tabla 20: Fuerzas en los Elementos (pilote) con aislador ..................................... 125
Tabla 21: Fuerzas en los Elementos (links) sin aislador ........................................ 126
Tabla 22: Fuerzas en los Elementos (links) con aislador ...................................... 127
xxvi
Tabla 23: Desplazamientos en los apoyos sin aislador ......................................... 128
Tabla 24: Desplazamientos en los apoyos con el uso del aislador ........................ 129
Tabla 25: Comparación de Periodos. .................................................................... 138
Tabla 26: Cuadro comparativo de desplazamiento en la superestructura. ............ 138
Tabla 27: Cuadro comparativo de desplazamiento en la superestructura. ............ 139
Tabla 28: Comparación de Fuerzas en la Viga Cabezal ....................................... 139
Tabla 29: Comparación de Fuerzas en la Columna Derecha ................................ 139
Tabla 30: Comparación de Fuerzas en la Columna Izquierda ............................... 140
Tabla 31: Comparación de Fuerzas en el Pilote .................................................... 140
xxvii
RESUMEN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN (ESPAÑOL)
FACULTAD: CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA: INGENIERÍA CIVIL
Título del trabajo de titulación:
Autores: Manuel Enrique García Laborda
Pedro Joel Sandoya Galarza
Tutor: Ing. Pablo Julio Lindao Tomala M.Sc.
Resumen
En este trabajo el propósito general es realizar un análisis comparativo de la
respuesta sísmica de una pila tipo de un puente viga-losa con diseño convencional y
otro utilizando aisladores sísmicos en los apoyos de las vigas, ubicado en la ciudad
de Guayaquil. La superestructura se compone de vigas metálicas tipo matiere
simplemente apoyado sobre estribos y pilares, la sub estructura tiene una
configuración de pórtico de concreto armado, conformado por dos columnas
circulares unidas en la parte superior por una viga cabezal y en la parte inferior por
una zapata. Sé realizará la comparación de la respuesta sísmica de la pila con y sin
aislador sísmico, con el diseño preliminar de la superestructura y subestructura,
siguiendo los lineamientos de la AASHTO LRFD 2017. Para el análisis sísmico
también se usará la normativa actual vigente en el Ecuador NEC-SE-DS-2015.Para
el análisis estructural del puente propuesto, se empleará el software de análisis
estructural SAP2000 v21.1.1 ultímate. Posteriormente como parte de los resultados
finales se realizará un cuadro comparativo en donde se denoten las diferencias del
desempeño, comportamiento y fuerzas generadas en una estructura aislada y una no
aislada sísmicamente.
PALABRAS CLAVE: ANALISIS, COMPARATIVO, SUBESTRUCTURA,
SUPERESTRUCTURA, AISLADORES, DESPLAZAMIENTOS, SISMICA
ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PILA
TIPO CON AISLADOR Y SIN AISLADOR SÍSMICO,
APLICADO PARA UN PUENTE UBICADO EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL
GUAYAS, MEDIANTE EL USO ASISTIDO DE
SOFTWARE DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL.
xxviii
RESUMEN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN (INGLES)
FACULTAD: CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA: INGENIERÍA CIVIL
Title of the degree work:
Authors: Manuel Enrique García Laborda
Pedro Joel Sandoya Galarza
Advisor: Ing. Pablo Julio Lindao Tomala M.Sc
Abstract
In this work the general purpose is to perform a comparative analysis of the seismic
response of a typical pier of a beam-slab bridge with a conventional design and
another using seismic insulators in the beam supports, located in the city of Guayaquil.
The superstructure is made up of metallic metal beams type matiere simply supported
on stirrups and pillars, the sub-structure has a reinforced concrete portico
configuration, made up of two circular columns joined at the top by a head beam and
at the bottom by a shoe. It will be carried out the comparison of the seissmic response
of the pile with and without seismic isolator, with the preliminary design of the
superstructure and substructure, following the guidelines of the AASHTO LRFD 2017.
For the seismic analysis the current regulations in force in Ecuador will also be used
NEC-SE-DS-2015. For the structural analysis of the proposed bridge, the structural
analysis software SAP2000 v21.1.1 finalize will be used. Subsequently, as part of the
final results, a comparative table will be made where the differences in performance,
behavior and forces generated in an isolated structure and one not seismically isolated
are denoted.
KEYWORDS: ANALYSIS, COMPARATIVE, SUBSTRUCTURE,
SUPERSTRUCTURE, ISOLATORS, DISPLACEMENTS, SEISMIC
ANALYSIS OF THE BEHAVIOR OF A TYPICAL PILE WITH
INSULATOR WITHOUT SEISMIC ISOLATOR, APPLIED
FOR A BRIDGE LOCATED IN THE CITY OF GUAYAQUIL,
PROVINCE OF GUAYAS, BY USING THE ASSISTED USE
OF STRUCTURAL ANALYSIS SOFTWARE.
1
CAPITULO I
Generalidades
1.1. Introducción
El Ecuador es un país que regularmente y en los últimos años ha tenido una alta
actividad sísmica, ya que por estar ubicado en zonas donde se genera el contacto de
placas tectónicas con mayor actividad del mundo. Es de mucha necesidad la
implementación de sistemas y técnicas que ayuden a las estructuras a desarrollar un
mejor comportamiento ante los movimientos telúricos.
Una de las estructuras prioritarias y que deben mantenerse en perfectas
condiciones estructurales sin duda alguna son los puentes, ya que son de vital
importancia para la comunicación y transporte de una nación, sin descartar que por
su gran magnitud sería una catástrofe que una de estas superestructuras llegase a
fallar o colapsar por la ocurrencia de un sismo.
El uso de aislamientos sísmicos ubicado en las bases de los puentes regula y
permiten una gran disipación de energía provocada por las cargas laterales que son
generadas por un sismo, las estructuras que se encuentran asiladas sísmicamente
son capaces de recibir aproximadamente una tercera o cuarta parte del impacto que
tendría al no contar con estos elementos.
Por lo previamente mencionado el siguiente trabajo tiene como objeto principal
realizar un análisis estructural para evaluar el comportamiento de una pila tipo en el
paso elevado de la intersección de la Av. Juan Tanca Marengo con la Av. Rodrigo
Chávez González.
El proceso del siguiente trabajo investigativo se basa en 5 capítulos donde
inicialmente contempla las generalidades del proyecto, marco teórico, marco
2
metodológico y para finalizar el análisis de resultados, conclusiones y
recomendaciones.
1.2. Antecedentes
El concepto de aislación sísmica ha sido desarrollado desde hace más de 100
años; en sus inicios fue usado sobre puentes (principios del año 1970) y en edificios
(finales del año 1970) sin embargo, recién en los últimos 40 años se ha ido
difundiendo para ser aplicado de forma práctica y sólo en los últimos 15 años su
aplicación se ha ido incrementando de forma exponencial por el buen desempeño que
presentaron los pocos edificios aislados ante los sismos.
En el caso de Sudamérica, Chile ha sido uno de los primeros países en incorporar
aisladores sísmicos a sus estructuras. Cuenta además con la norma Chilena
NCh2745 – 2003 que es el resultado de la adaptación a la realidad chilena del código
UBC (Uni form Building Code) del año 1997 y su compatibilización con la norma
chilena NCh433.Of1996. Entre los edificios actualmente aislados en Chile se tiene:
un bloque del conjunto habitacional Comunidad Andalucía construido entre los años
1991 y 1992 para un estudio hecho por la Universidad Católica de Chile, el centro
médico San Carlos de Apoquindo de la Universidad Católica de Chile construido en
el año 2000 y el Hospital Militar inaugurado en el año 2008. (Jacobo, Quispe -2014).
Un trabajo investigativo realizado en la universidad de Cajamarca – Perú
Comparación de la respuesta sísmica de puentes viga – losa, con y sin aisladores
sísmicos, en donde se analizaron 2 puentes de los cuales uno era aislado
sísmicamente y otro no, cabe indicar que se pudo determinar , que existe reducción
de desplazamiento en la subestructura; en cambio en la superestructura los
desplazamientos se incrementan, esto debido a que la disipación de energía se
presenta en los aisladores mediante la deformación de los mismos.
3
En el sector de la construcción hace ya varios años se ha venido dando la
implementación de sistemas de amortiguación o disipadores de energía (Aisladores
Sísmicos) ya que brindar un aporte significativo al sistema estructural y esto a su vez
mejora la calidad y el desempeño de las construcciones ante la actividad sísmica.
El uso de aisladores sísmicos ha servido para el desarrollo de obras de ingeniería
civil en países desarrollados como Estados Unidos, Japón, Chile, México, Qatar
entre otros, ya que su utilidad es de vital importancia para los modernos sistemas
estructurales. Uno de los grandes ejemplos de la aplicación e importación de los
aisladores sísmicos fue lo ocurrido en Chile en el año 2010 el 27 de febrero, en donde
un sismo de magnitud 8,8 en la escala de Richter sacudió al país, en donde
colapsaron muchas edificaciones y lograron mantenerse en pie aquellas que contabas
con sistemas estructurales con aplicativos de disipadores de energía. (Aislamiento
sísmico y Estructural de los edificios, Rojas Pillco – 2015)
La actividad sísmica de las últimas décadas ha puesto de manifiesto la
vulnerabilidad de los puentes ante este fenómeno. Sismos como el de San Fernando
(1971), Tangshan (1976), Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) y
Taiwan (1999), entre otros, han provocado fallos de importancia en los sistemas de
transporte, y han incrementado las pérdidas económicas de forma notable. En
algunos casos, la ocurrencia del sismo en horas de poco movimiento de personas y
vehículos, evito que el número de pérdidas humanas creciera de forma significativa.
(Jara, Casas – 2002).
Bajo este contexto nosotros como futuros ingenieros civiles de la república del
Ecuador nos hemos planteado como objetivo hacer un estudio comparativo del uso
de aisladores en puentes, donde determinaremos mediante un análisis el
comportamiento de la estructura con y sin su aplicativo.
4
1.3. Ubicación
Se localiza al norte de la ciudad de Guayaquil, en la intersección de la avenida
Juan Tanca Marengo y la Av. Rodrigo Chávez.
Ilustración 1: Implantación del puente. Fuente: (Diario El Universo, 2020)
1.4. Planteamiento del Problema
En la ciudad de Guayaquil se va a implementar dos pasos elevados como parte de
la solución vial para el descongestionamiento que se produce en la intersección de la
Av. Juan Tanca Marengo con la Av. Rodrigo Chávez González
Por tratarse de una obra a construirse en una zona de alta sismicidad se debe
considerar un análisis para conocer el comportamiento de una pila tipo bajo la acción
sísmica con aislador y sin aislador sísmico y su desempeño
1.5. Delimitación del Tema
El trabajo se basará en realizar un estudio comparativo de la aplicación de
aisladores sísmicos en la pila de un puente, evaluar su comportamiento en términos
de desplazamientos y fuerzas que se produzcan en los elementos estructurales que
componen la subestructura, así como también su desempeño. Adicionalmente se
5
observará la factibilidad del uso de estos elementos como lo son los aisladores
sísmicos que mejoraría el comportamiento del puente ante un evento sísmico.
1.6. Objetivos
1.6.1. Objetivo General.
Aplicar los diferentes métodos de análisis estructural para evaluar el
comportamiento bajo la acción sísmica de una pila tipo en el paso elevado en la
intersección de la Av. Juan Tanca Marengo con la Av. Rodrigo Chávez González.
1.6.2. Objetivos Específicos.
Conocer el comportamiento de una pila tipo de un puente frente a la acción
sísmica con y sin aislador sísmico.
Obtener esfuerzos, deformaciones y desplazamientos a partir de los diferentes
métodos de análisis estructural para la pila tipo del paso elevado mediante el
uso de un software de análisis estructural.
Establecer la factibilidad del uso de aisladores sísmicos y comparar los
resultados con las pilas con y sin aislador sísmico.
Verificar el desempeño de la estructura mediante la aplicación del método de
análisis no lineal (PUSHOVER)
1.7. Justificación e Importancia
El desarrollo del presente trabajo se incluye el análisis modal espectral y el análisis
estático no lineal, para determinar la conducta de la pila con y sin aislador sísmico
frente a la acción de un sismo de diseño en el paso elevado de la intersección de la
Av. Juan Tanca Marengo con la Av. Rodrigo Chávez González.
Una tendencia moderna del diseño sísmico, es buscar sistemas estructurales que
localicen las demandas de ductilidad en determinados puntos “débiles”, que disipen
la energía de forma estable y que, además, sean reparables. Los aisladores sísmicos
6
se pueden considerar como una continuación de la mencionada tendencia moderna
de diseño sismorresistente. Los puntos “débiles” en este caso corresponden a piezas
mecánicas que aíslan energía de forma estable fácilmente reemplazables (Bozzo-
2002).
1.8. Alcance del Proyecto
El desarrollo de este proyecto de investigación tiene como propósito fundamental
comparar la respuesta sísmica de una pila tipo de un puente (paso desnivel) con y sin
aislador sísmicos, estos aisladores son de tipo cónico de fricción que serán colocados
en los apoyos de las vigas longitudinales de la estructura, se utilizara haciendo uso
del espectro elástico de diseño de la Norma Ecuatoriana de la Construcción 2015,
construido a partir de las curvas de peligro sísmico que la normativa establece para
este tipo de obras ya que se deben considerar diferentes niveles de peligro sismico.
Estos estudios han comprendido en el análisis estructural basado en los métodos
computacionales para el puente, posterior a un minucioso análisis computacional de
los sistemas de aislamiento sísmica sustentado en la Guide Specifications for Seismic
Isolation Design (AAHTO 1999, 2010)
En esta investigación se hizo uso de las especificaciones AASHTO LRFD - 2017,
FEMA 356, ASCE 41-13 y de la Normativa Ecuatoriana de la Construcción NEC - 15
7
CAPITULO II
Marco Teórico
2.1. Puente
Como definición general tenemos que un puente es una estructura de servicio
esencial, que permite que una vía de cualquier naturaleza permanezca en sus
condiciones de proyecto sin verse suspendida debido a cruces naturales, como ríos,
quebradas, vías de circulación o agua, de esta forma se puede perpetuar la
continuación del mismo y su servicio no sería interrumpido. Adicionalmente este tipo
de construcción aportan al desarrollo comercial, económico y cultural de una región,
ya que permite la comunicación entre diferentes sectores, pueblos o países.
2.1.1. Puente Viga-Losa.
Esta estructura está conformada por una losa de hormigón armado, apoyada en
dos o más vigas longitudinales las cuales transmiten las cargas a los estribos.
Ilustración 2: Sección Transversal Típica, Puente Viga Losa. Fuente: (Rodríguez, 2012).
2.1.2. Partes de la Estructura General de un Puente.
2.1.2.1. Superestructura.
Se considera como superestructura de un puente a la parte superior de la
estructura general, dentro de los cuales se considera a partes como tablero, barandas
y losas, los cuales se apoyan o descansas sobre elementos estructurales tales como
vigas principales o transversales
8
2.1.2.2. Subestructura.
Dentro de las funciones principales de la subestructura de un puente es el de
transmisión de cargas a las cimentaciones del puente, dentro de los elementos que
forman parte de la subestructura se encuentra; viga cabezal, pilas, zapata y pilotes
etc.
2.1.3. Componentes no Estructurales.
Los componentes no estructurales del puente son aquellos necesarios para la
funcionabilidad del puente y corresponde a elementos tales como lo son señalética,
tuberías, bordillos, baranda, superficie de rodadura, etc. (Borja Salazar & Taipe Anasi,
2017)
2.1.4. Filosofía de Diseño.
La filosofía de diseño que se debe tener en consideración para los diseños
generales debe incluir parámetros básicos como la seguridad de vida, estética
estructural y economía con el principal afán de siempre precautelar la seguridad de
los seres humanos, por ello resulta inaprensible usar la filosofía de diseño por factores
de carga y resistencia LFRD propuesta por la normativa AASHTO.
2.1.5. Estados Límites.
La ecuación 1 en donde se representa el estado límite de resistencia general para
el diseño del puente. Para los estados límites de servicio y los estados en donde se
considera los eventos extremos, los factores de resistencia R se deben igual a 1.
Todo el estado limite que será tomado a consideración por la misma importancia.
(AASHTO LRFD, 2017).
(1)
9
Donde:
𝛾𝐼: Factor de carga
ϕ: Factor de resistencia
𝑛𝑖: Factor de modificación de las cargas: factor relacionado con la ductilidad,
redundancia e importancia operativa
𝑄𝑖: Carga para efectos de fuerza
𝑅𝑛: Resistencia Nominal
𝑅𝑟: Resistencia Factorizada o Mayorada.
2.1.5.1. Estado Límite de Servicio.
Los parámetros fundamentales a tener en cuenta para un diseño son las
condiciones del estado de límite de servicio, en donde siempre se debe considerar
detalles principales como deformaciones, deflexiones, restricciones para las
tensiones generadas, etc.
La limitación que proporciona el estado da experiencia semejante a provisiones,
mismas que no siempre se puede derivar solo en la resistencia o consideraciones de
estadística.
2.1.5.2. Estado Límite de Fatiga y Fractura.
El límite de la fractura es considerado inicialmente como un solo conjunto o un solo
cuerpo de requisitos por la tenacidad del material. Por lo que el estado límite de la
fatiga debe asegurar en el desarrollo de gritas bajo la aplicación de la carga repetitiva
en la prevención de la rotura en la vida de los diseños de puentes.
2.1.5.3. Estado Límite de Resistencia.
Uno de los parámetros que se debe de tener en cuenta para el estado de los límites
de las resistencias en la garantía que prevé resistencias y estabilidades, en el aspecto
general o global así mismo de manera local, lo que permitirá la resistencia en la
10
combinación de carga significativa específica que sean anticipadas que el puente
experimente durante la vida de su diseño.
2.1.5.4. Estados Límites de Evento Extremo.
Para consideraciones generales se debe tener en cuenta el estado limite que
involucra a eventos extremos donde se debe de asegurar la estructura del puente
durante un sismo importante o una inundación, o por el investimento de un vehículo
(sea un automóvil o embarcación) o un golpe o carga de hielo o viento. Se dará una
sola ocasión en el periodo de retorno importante más grande inclusive que la vida útil
de los puentes esto es basado en la ASSHTO LRFD 2017
2.2. Carga, Combinaciones y Factores.
2.2.1. Cargas Permanentes.
Son las cargas que cambian en un solo sentido hasta llegar a un valor límite o final,
o son aquellas que intervienen durante la vida útil de la estructura del puente sin tener
variaciones.
En este grupo se toma en consideración las cargas a continuación:
DD = Fricción negativa.
DC = Carga muerta de componentes estructurales y no estructurales
DW = Carga muerta de la superficie de Rodadura y dispositivos auxiliares
EH = Presión horizontal de tierra
ES = Carga superficial en el terreno
2.2.2. Cargas Transitorias.
Las especificaciones de diseño de puentes AASHTO LRFD 2017, en donde define
cinco diferentes tipos de cargas como "cargas vivas".
Las cuales son:
11
Cargas vivas de gravedad
LL: Carga viva vehicular
PL: Carga viva peatonal
CE: Fuerza centrífuga
BR: Fuerzas de frenados
CT: Fuerzas de colisiones vehiculares
IM: Incremento por carga dinámica ("Impacto")
Factores de carga y combinaciones
Para el cálculo y la factorización de carga tendremos la ecuación 2 descrita a
continuación:
𝑄 = ∑𝑛𝑖 𝛾𝑖𝑄𝑖
donde:
𝑛𝑖= modificador de carga tratados anteriormente
𝑄𝑖 = carga especificada en esta sección
𝛾𝑖 = factores de carga
2.2.3. Estados Limites.
Resistencia I – Combinaciones básicas para cargas relacionadas con los usos
vehiculares, no tomando en cuenta el viento.
Resistencia II – Combinaciones para cargas relacionadas en el uso de puentes
por medio vehicular de diseños especiales que son detallados al propietario y/o
vehículos que permite la evaluación, no tomando en cuenta el viento.
Resistencia III – Combinaciones para cargas en consideración a los puentes
expuestos al viento con la velocidad mayor a 90km/h.
Resistencia IV - Combinación de carga relacionada a relaciones muy altas de la
carga muerta a la carga viva.
Resistencia V - Combinación de carga relacionada al uso vehicular normal del
(2)
12
puente considerando el viento a una velocidad de 90 km/h.
Evento extremo I - Combinación de carga incluyendo sismo.
Evento extremo II - Combinación de carga relacionada a la carga de viento,
choque de vehículos y barcos, y ciertos eventos hidráulicos con carga viva reducida,
distinta de la carga de choque vehicular.
Servicio I- Combinación de carga relacionada al uso operativo normal del puente
que soportan vientos de 90km/h y con toda la carga en su valor nominal del puente.
Además, se relaciona con el control de deflexión en la estructura metálica, además
de controlar el ancho de grietas en estructura de concreto armado.
Servicio II – La combinación de la carga es considerada en el control de la
estructura de acero y deslizamientos de la conexión crítica, debido a las cargas vivas
vehiculares.
Servicio II - Combinaciones de las cargas en concordancia solamente a la tensión
de la fuerza en la estructura de concreto pretensado, con el propósito de manejar las
grietas.
Servicio III – Combinación de las cargas en relación solo a la fuerza en la
estructura que ejerce la tensión de concreto pretensado, con el fin de controlar las
grietas.
Fatiga – La combinación de la fatiga con la carga de las fracturas, relacionadas a
la vehicular carga viva repetitiva y la respuesta dinámica bajo un camión de diseño
básico con el espaciamiento entre ejes.
13
Tabla 1: Combinaciones y Factores de Carga
Combinación de
Cargas
DC
DD
DW
EH
EV
ES
EL
LL
IM
CE
BR
PL
LS
WA
WS
WL
FR
TU
CR
SH
TG
SE
Usar sólo uno
por vez
Estado Límite
EQ
IC
CT
CV
RESISTENCIA I 1.75 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 - - - -
RESISTENCIA II 1.35 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 - - - -
RESISTENCIA III - 1.00 1.40 - 1.00 0.50/1.20 - - - -
RESISTENCIA IV - 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 - - - - - -
RESISTENCIA V 1.35 1.00 0.40 1.0 1.00 0.50/1.20 - - - -
EVENTO EXTREMO I
1.00 - - 1.00 - - - 1.00 - - -
EVENTO EXTREMO II
0.50 1.00 - - 1.00 - - - - 1.00 1.00 1.00
SERVICIO I 1.00 1.00 1.00 0.30 1.0 1.00 1.00/1.20 - - - -
SERVICIO II 1.00 1.30 1.00 - - 1.00 1.00/1.20 - - - - - -
SERVICIO III 1.00 0.80 1.00 - - 1.00 1.00/1.20 - - - -
SERVICIO IV 1.00 - 1.00 0.70 - 1.00 1.00/1.20 - 1.0 - - - -
FATIGA - Sólo LL,
IM y CE
- 0.75 - - - - - - - - - - -
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017)
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
14
Tabla 2: Factores de Carga para Cargas Permanentes.
Tipo de Carga, tipo de fundación y método utilizado para
calcular la fricción negativa
Factor de carga
Máximo Mínimo
DC: Elemento y accesorios
DC: Solamente Resistencia IV
1.25
1.50
0.90
0.90
DD: Fricción
negativa
Pilotes, Método Tomlinson 1.40 0.25
Pilotes, Método 1.05 0.30
Pilotes perforados, Método O'Neill y Reese
(1999)
1.25 0.35
DW: Superficies de Rodadura y Accesorios 1.50 0.65
EH: Empuje horizontal de tierra
Activo 1.50 0.90
En reposo 1.35 0.90
AEP para muros anclados 1.35 N/A
EL: Tensiones residuales de montaje 1.00 1.00
EV: Empuje vertical de tierra
Estabilidad global 1.00 N/A
Muros de contención y estribos 1.35 1.00
Estructura rígida enterrada 1.30 0.90
Pórticos rígidos 1.35 0.90
Estructuras flexibles enterradas u otras, excepto
alcantarillas metálicas rectangulares
1.95 0.90
Alcantarillas metálicas rectangulares flexibles 1.50 0.90
ES: Carga superficial en el terreno 1.50 0.75
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
15
2.2.4. Sobrecargas Gravitatorias: LL y PL.
2.2.4.1. Sobrecarga Vehicular: LL.
2.2.4.2. Número de Carriles de Diseño.
Para considera dentro de los parámetros de diseño, el número de vías será igual a
la parte entera de donde es el ancho libre de la calzada, en metros, este será medido
entre bordes de barreras o también llamados sardinales.
El ancho de cada vía se supondrá igual a 3,60 m, excepto para anchos de calzada
entre 6,00 m y 7,20 m, en que se considerará al puente como de 2 vías, cada una con
un ancho igual a la mitad del total.
2.2.4.3. Presencia de Múltiples Sobrecargas.
Los factores de presencia múltiple modifican las sobrecargas vehiculares para la
probabilidad de que las sobrecargas vehiculares ocurran al mismo tiempo en un
estado completamente cargado. Los factores se muestran en la tabla 3.
Tabla 3: Factores de Presencia Múltiple.
Número de carriles cargados Factores de presencia múltiple
1 1.20
2 1.00
3 0.85
> 3 0.65
Fuente: (AASHTO LRFD, 2007)
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
2.2.4.4. Sobrecarga Vehicular de Diseño.
La sobrecarga vehicular de diseño es aplicada sobre las calzadas de puentes o
estructuras accesorias, designado como HL-93, considerado como camión de diseño
2.2.4.5. Camión de Diseño.
Los pesos y las separaciones entre los ejes y las ruedas del camión de diseño
16
serán como se especifica en la ilustración 3
Se deberá considerar un incremento por carga dinámica. La separación entre los
dos ejes de 145 kN (14.78 Tn) se deberá variar entre 4.30 y 9.0 m para que pueda
producir efectos de fuerzas extremas.
Ilustración 3: Características Generales del Camión de Diseño Fuente: (AASHTO LRFD, 2017)
2.2.4.6. Carga del Carril de Diseño.
La carga del carril de diseño consistirá en una carga de 9,3 kN/m (0,96 Tn/m),
uniformemente distribuida en dirección longitudinal. Transversalmente la carga del
carril de diseño se supondrá uniformemente distribuida en un ancho de 3,00 m.
Ilustración 4: Carga de Carril de Diseño Fuente: (AASHTO LRFD, 2017)
2.2.4.7. Tándem de Diseño.
El tándem de diseño se encuentra conformado por un par de ejes de 11.20 T con
una separación de 1,20 m.
La separación transversal de las ruedas se deberá tomar como 1,80 m. En el cual
se deberá considerar un incremento por carga dinámica en cada uno de ellos.
17
Ilustración 5: Tándem de Diseño Fuente: (AASHTO LRFD, 2017)
2.2.4.8. Cargas Peatonales: PL.
Se deberá aplicar una carga peatonal de 3,6×10–3 MPa en todas las veredas de
más de 0,60 m de ancho, y esta carga se deberá considerar simultáneamente con la
sobrecarga vehicular de diseño.
2.3. Fuerza de Frenado: BR
La fuerza de frenado se deberá ubicar en todos los carriles de diseño que se
consideran cargados y que transportan tráfico en la misma dirección. Se asumirá que
estas fuerzas actúan horizontalmente a una distancia de 1,80 m sobre la superficie
de la calzada en cualquiera de las direcciones longitudinales para provocar
solicitaciones extremas. Las fuerzas implicadas se muestran en la figura, Se aplicarán
los factores de presencia múltiple.
2.4. Cargas Sísmicas: EQ
Las fuerzas sísmicas serán evaluadas por cualquier procedimiento racional de
análisis. Se supondrá que las acciones sísmicas horizontales actúan en cualquier
Ilustración 6: DCL - Fuerza de Frenado Fuente: (Barner y Puckett, 2007)
18
dirección. Cuando sólo se lo analiza en sus dos direcciones ortogonales, los efectos
máximos producidos serán estimados como la suma de los valores absolutos
obtenidos para el 100% de la fuerza sísmica en una dirección y 30% de la fuerza
sísmica en dirección perpendicular a la otra.
Las cargas máximas absolutas se obtienen al usar espectros de respuesta, y es
aceptable ya que en la ingeniería civil nos interesa los máximos efectos que puedan
producirse (Chopra, 2014)
2.4.1. Coeficientes de Aceleración.
Para el diseño de estructuras de ocupación especial, estructuras esenciales,
puentes, obras portuarias y otras estructuras diferentes a las de edificación; es
necesario utilizar diferentes niveles de peligro sísmico con el fin de verificar el
cumplimiento de diferentes niveles de desempeño. Para definir los diferentes niveles
de aceleración sísmica esperada en roca, se proporcionan en las curvas de peligro
sísmico probabilista para cada capital de provincia, en donde se relaciona el valor de
la aceleración sísmica en el terreno (PGA) con un nivel de probabilidad anual de
excedencia.
Ilustración 7: Mapa de Peligro Sísmico. Fuente: (NEC 15).
19
En la ilustración 7 se detalla por colores la distribución sísmica actual del ecuador,
todo este diseño se encuentra realizado para un 10% de excedencia en 100 años
acorde con el comité VISION 2000.
Ilustración 8: Valores del Factor Z. Fuente: (NEC 15)
2.4.2. Categorías Según la Importancia del Puente.
La clasificación se deberán considerar requisitos sociales y de supervivencia,
además de requisitos de seguridad y defensa. Para clasificar un puente se deberían
considerar los potenciales cambios futuros que podrían sufrir las condiciones y
requisitos, (AASHTO LRFD, 2017).
La AASHTO LRFD considera tres categorías de importancia, tal como se muestra
en la Tabla 4
Tabla 4: Clasificación por Importancia según AASHTO LRFD
Categorías de Importancia Descripción
Puentes críticos
Deben permanecer abiertos para todo tipo de tráfico
después de un sismo de diseño (475 años de periodo de
retorno), y abierto para el paso de vehículos de
emergencia o para fines de seguridad y/o defensa
inmediatamente después de un sismo máximo probable
(2500 años de período de retorno).
Puentes esenciales
Deben permanecer abiertos para el paso de
vehículos de emergencia o para fines de seguridad y/o
20
defensa inmediatamente después de un sismo de
diseño (475 años de periodo de retorno).
Otros puentes Pueden ser cerrados para reparación después de un
sismo máximo probable (2500 años de periodo de
retorno).
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
2.4.3. Zonas Sísmicas.
Todo puente deberá ser asignado a una de las cuatro zonas sísmicas de acuerdo
con la tabla 5.
Las zonas de comportamiento sísmico según la AASHTO LRFD, se clasifican en
cuatro, para poder determinar la resistencia de las conexiones, el método de análisis
y la longitud final de apoyo del puente.
Tabla 5: Zonas Sísmicas según AASHTO LRFD
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017)
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
2.4.4. Efectos de Sitio o Coeficiente de Sitio.
El coeficiente de sitio, especificado por la AASHTO LRFD, se basa en los tipos de
perfiles de suelo definidos en la tabla 6
Coeficiente de aceleración Zona sísmica
A ≤ 0.09 1
0.09 < A ≤ 0.19 2
0.19 < A ≤ 0.29 3
0.29 A 4
21
Tabla 6: Tipos de Perfiles de Suelos y Coeficiente de Sitio.
Tipo de perfil
de suelo
Descripción Coeficiente
de Sitio (S)
I
Roca de cualquier tipo, ya sea de naturaleza esquistosa o
cristalina; caracterizado por una velocidad de onda de corte
> 765 m/s.
Condiciones de suelo rígido donde la profundidad del suelo
es menor a 60 m y los tipos de suelo sobre la roca son
depósitos estables de arenas, gravas o arcillas rígidas.
1.0
II
Es un perfil compuesto de arcilla rígida o estratos
profundos de suelos no cohesivos donde la altura del suelo
excede los 60 m y los suelos sobre la roca son depósitos
estables de arenas, gravas o arcillas rígidas.
1.2
III
Es un perfil con arcillas blandas o medianamente rígidas y
arenas, caracterizado por 9 m o más de arcillas blandas o
medianamente rígidas con o sin capas intermedias de
arena o de otros suelos no cohesivos.
1.5
IV Es un perfil con arcillas blandas o limos de más de 12
m de grosor de estrato (velocidad de onda de corte < 153
m/s).
2.0
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
22
2.4.5. Factor de Modificación de Respuesta.
Tabla 7: Factor de Modificación de Respuesta para Subestructuras y Conexiones
Descripción Componente estructural Categorías de importancia
Critico Esencial Otros
Subestructura
Pilar tipo placa de gran dimensión 1.5 15 2.0
Pilotes de concreto armado
a) Sólo pilotes verticales 1.5 2.0 3.0
b) Con pilotes inclinados 1.5 1.5 2.0
Columnas individuales 1.5 2.0 3.0
Pilares de pilotes de acero o acero
compuesto con concreto:
c) Sólo pilotes verticales 1.5 3.5 5.0
d) Con pilotes inclinados 1.5 2.0 3.0
Pilares de múltiples columnas 1.5 3.5 5.0
Conexión
Superestructura a estribo 0.8
juntas de expansión dentro de la
superestructura
0.8
Columnas, pilares o pilotes a las vigas cabezal o
superestructura
1.0
Columnas o pilares a la cimentación 1.0
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Si se realiza por el método de análisis inelástico (tiempo-historia), el factor de
modificación de respuesta, se deberá tomar igual a 1.0 para toda la subestructura y
todas las uniones según lo establecido, (AASHTO LRFD, 2017).
23
2.5. Criterios de Regularidad según la AASHTO LRFD
Los puentes que satisfacen los requisitos definidos en la tabla 8 (AASHTO LRFD)
pueden considerarse como un puente “regular”. Los puentes que no satisfacen los
requisitos de la tabla 8 se pueden considerar como puentes "irregulares".
Tabla 8: Requisitos para que un Puente sea considerado regular.
Parámetro Valor
Número de tramos 2 3 4 5 6
Máximo ángulo subtendido para un puente curvo 90° 90° 90° 90° 90°
Relación máxima de longitudes entre tramo y tramo 3 2 2 1.5 1-5
Relación máxima de rigidez pilares/pilar entre tramo y
tramo, excluyendo estribos
—
4
4
3
2
Fuente: (AASHTO LRFD, 2017) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
2.6. Filosofía de Diseño Sismo Resistente para Puentes
Los principios utilizados para el desarrollo de especificaciones de diseño sísmico
AASHTO LRFD (2017) son las siguientes:
1. Soportar sismos leves a moderados dentro del rango elástico de los
componentes estructurales sin que se generen daños significativos.
2. Se deben usar las intensidades del movimiento sísmico del suelo y las fuerzas
reales en el procedimiento de diseño sísmico.
3. La exposición que se tiene a la agitación de un terremoto de gran magnitud no
debe causar el colapso de todo o parte del puente en lo posible; los daños que se
produzcan deben ser fácilmente detectable y accesibles para su reparación.
24
Ilustración 9: Filosofía de Diseño Sismo resistente. Fuente: (SISMOTEC, 2020)
2.6.1. Método de Análisis Espectral Multimodal (MM).
Este método debe ser aplicado para puentes en los cuales ocurre un acoplamiento
en más de tres coordenadas, en cada uno de los diferentes modos de vibración,
(AASHTO LRFD). Este método es apropiado para las estructuras con geometría,
masa o rigidez irregular. (Chen y Duan, 2014).
El número de modos incluidos en el análisis debería ser como mínimo tres veces
el número de tramos del modelo. Para cada modo se deberá utilizar el espectro de
respuesta sísmica elástica. Los desplazamientos y fuerzas que se generan en los
elementos se pueden estimar combinando los respectivos valores de cada una de las
respuestas (fuerzas, momentos, desplazamiento o desplazamiento relativo)
obtenidos de los modos individuales mediante el método de combinación cuadrática
completa (método CQC). Este análisis se realiza generalmente con programas
informáticos de análisis dinámico como ADINA, SAP2000 y ANSYS. (Chen y Duan,
2003).
25
2.6.2. Análisis y Diseño de Puentes Sísmicamente Aislados.
El enfoque de diseño basada en la fuerza sísmica tradicional es la de absorber y
disipar la energía por la formulación de las rótulas plásticas de una manera estable
para evitar el colapso durante un sismo.
2.6.3. Principios de Aislamiento Sísmico de Puentes.
El diseño sísmico de puentes y edificios convencionales aporticados se basa en la
disipación de energía inducida por el terremoto a través de la respuesta inelástica (no
lineal) en los componentes seleccionados del pórtico estructural.
a) Puente convencional donde la deformación ocurre en la subestructura.
b). Puente sísmicamente aislado donde la deformación ocurre en el aislador
Aislador sísmico
Ilustración 10: Comparación de un Puente convencional y Sísmicamente Aislado. Fuente: (Beckley I., et al., 2006)
2.6.4. Características de los Sistemas de Aislamiento Sísmico.
Dos formas diferentes de introducir flexibilidad a una estructura son los apoyos
elastoméricos y los apoyos deslizantes.
26
Ilustración 11: Curva típica de respuesta de aceleración Fuente: (AASHTO, 2010)
2.6.5. Rigidez bajo Cargas Laterales Bajas.
Como alternativa, se puede utilizar la fricción en los apoyos de aislamiento
deslizantes para proporcionar la rigidez requerida. (AASHTO, 2010).
Códigos y normas (como la ASCE 2005), Especificaciones (tales como las
Especificaciones AASHTO para puentes carreteros) y diversos documentos
informativos especifican valores del factor que son de naturaleza empírica. La guía
de especificaciones para el diseño de aislamiento sísmico AASHTO de 1991
especifica los factores de modificación de respuesta para puentes aislados a ser los
mismos que los de los puentes no aislados. Un cambio significativo en la guía de
especificaciones para el diseño de aislamiento sísmico AASHTO de 1999 sobre el
predecesor de 1991 es la especificación de los valores del factor inferior para
subestructuras de puentes aislados. Estos valores están en el intervalo de 1.5 a 2.5.
(Constantinou M. et al., 2011).
Los elementos de la subestructura de puentes deben ser diseñados con un factor
de 1.0 para puentes críticos, en el intervalo de 1.0 a 1.25 para puentes esenciales y
1.5 para otros puentes. Las fuerzas para el diseño de los aisladores no deben ser
reducidas por los factores. (Constantinou M. et al., 2011).
27
2.7. Aisladores Sísmicos
Se estima que el número aproximado de puentes con aislamiento sísmico en toda
en América del Norte (Estados Unidos, Canadá, México y Puerto Rico) es superior de
200. La tabla 9 enumera estos seis estados y el número de puentes aislados en cada
uno. Como era de esperar, California, con su alto riesgo sísmico, lidera la lista con el
13 por ciento del número total de aplicaciones. (Buckle I. et al., 2006).
Tabla 9: Estados con más de diez Puentes Aislados.
Estado Número de puentes aislados Porcentaje del total de puentes
aislados en América del Norte
California 28 13%
New Jersey 23 11%
Nuevo York 22 11%
Massachusetts 20 10%
New Hampshire 14 7%
Illinois 14 7%
Total 121 59%
Fuente: (Buckle I. et al., 2006) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
2.7.1. Cargas para el Análisis y Diseño de Puentes
Sísmicamente Aislados.
A diferencia de puentes convencionales, se consideran explícitamente los efectos
MCE para asegurar que los aisladores mantengan su integridad con daños mínimos,
si hubiere (Constantinou Mal., 2007).
28
2.7.2. Aisladores Elastoméricos.
Los apoyos elastoméricos se han utilizado por más de 50 años para acomodar
efectos de dilatación en puentes y permite rotaciones en los soportes de la viga.
Extender su aplicación al aislamiento sísmico ha sido atractivo por la alta tolerancia a
los movimientos, sobre carga y requisitos de mínimo mantenimiento. Para esto se
considera los siguientes tipos de aislamientos.
1. Aislador de goma y plomo: apoyo elastoméricos de goma natural provisto de un
núcleo de plomo para la disipación de energía.
2. Aislador de goma de alto amortiguamiento: apoyo elastoméricos de goma
natural fabricado a partir de goma de alta amortiguación para disipación de energía.
3. Aislador de goma de baja amortiguación: apoyo elastoméricos de goma natural
fabricado a partir de goma de baja amortiguación (goma natural estándar) y se utiliza
junto con un disipador de energía mecánico tal como un amortiguador viscoso para la
disipación de energía.
2.7.3. Aislador Sísmico Cónico de Fricción.
Los aisladores sísmicos cónicos de fricción son dispositivos que se colocan en la
base de edificios, puentes y en diversos equipos, que desacoplan el movimiento de
los terremotos con la estructura, reduciendo considerablemente las fuerzas sísmicas
al disminuir el coeficiente de fricción en los apoyos deslizantes.
Las implementaciones de estos dispositivos en los puentes habitualmente se
colocan entre la subestructura (vigas cabezales, bases o pilas) y la superestructura
(vigas longitudinales) y también en algunos casos, en la misma superestructura.
(ESPE,2016, p.292)
29
Ilustración 12: Aislador Sísmico Cónico de Fricción. Fuente: (SISMOTEC, 2020)
En los aisladores sísmicos cónicos de fricción, la estructura se apoya en juntas
deslizantes y la fuerza de fricción se opone al movimiento disipando energía mediante
un material de fricción puro, tipo Coulomb y asumiendo que las superficies están siempre
en contacto. Estos dispositivos tienen la ventaja de llevar a la estructura siempre a su
posición inicial empleando el peso propio de la estructura y la forma de la pista deslizante
del aislador para recentrar la estructura es decir sin desplazamientos finales
permanentes.
El aislador sísmico cónico de fricción tiene una pista cónica con un ángulo pequeño
en el cual se desliza una pastilla cónica, que mantiene la carga vertical soportada en el
centro del elemento estructural. El aislador presenta una baja altura, lo que es
beneficioso en algunas instalaciones.
El aislador sísmico cónico de fricción, mantiene la fricción constante, carece de rigidez
lateral y de periodo dinámico único para cualquier nivel de movimiento sísmico y
desplazamiento con epicentro cercano o lejano de la falla, lo que lo hace ideal para aislar
30
sísmicamente cualquier tipo de estructura en cualquier tipo de terreno controlando
únicamente los desplazamientos del dispositivo cuando el movimiento del terremoto se
vuelva más fuerte.
Los movimientos de desplazamiento de baja frecuencia y alta frecuencia son
absorbidos por la baja fricción y la forma cónica de la pista de deslizamiento del aislador.
El nivel de fuerza en la estructura debido a los sismos de nivel de diseño o para el
terremoto máximo creíble se mantiene constante mientras el dispositivo se mantiene en
movimiento, esto es una de las mayores diferencias con respecto a los aisladores de
goma con núcleo de plomo y los aisladores de péndulo, tal como se puede observar
claramente en la figura 13.
Ilustración 13: Lazo de histéresis fuerza-desplazamiento Fuente: (SISMOTEC, 2020)
2.7.3.1. Principio de Funcionamiento y Especificaciones
Los aisladores sísmicos cónicos de fricción se los fabrica hasta un diámetro
máximo de 1400 mm. y una capacidad máxima de 4000 Ton (39200 KN) de carga.
Para la fabricación de las placas superior e inferior se emplea acero ASTM A588 que
tiene una aleación de cobre lo cual lo hace resistente a la corrosión ambiental con una
31
resistencia a la fluencia de 3500 Kg/cm2 (343 MPa). La pista de deslizamiento del
aislador tiene un recubrimiento de acero inoxidable AISI 316L cuyo espesor varía con
el diseño del aislador.
La pastilla deslizante es un compuesto de una resina de muy alta resistencia a la
compresión con una aleación con teflón como modificador de la fricción, en el cuadro
que se muestra a continuación se encuentran las características técnicas de la
pastilla.
Tabla 10: Características Mecánicas del Aislador
Coeficiente de Fricción Seco
Lubricado
0.07 – 0.14
0.02 – 0.05
Esfuerzo de Compresión Mpa
Kg/cm2
35.7 – 71.4
350 - 700
Resistencia al Impacto Kj/m2 83
Resistencia al Corte Mpa
Kg/cm2
72
735
Dureza Brinell 17
Absorción de la Humedad % 7.0
Temperatura Máxima de
Operación Intermitente
°C 120.
Fuente: (SISMOTEC, 2020) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
La pastilla se encuentra protegida contra el impacto de la periferia del aislador, por
un bocín de un acero aleado AISI 4337 con resistencia a la fluencia de 7000 Kg/cm2
(686 MPa).
El aislador posee un protector contra agentes externos que se encuentra a la
periferia del dispositivo cuyo material es neopreno de Shore 30.
32
2.7.4. Métodos de Análisis de Puentes Sísmicamente Aislados.
Los diferentes métodos de análisis que se consideran para el estudio de puentes
o estructuras sísmicamente aislados pueden ser considerados los siguientes:
Método simplificado o de la carga uniforme
Método espectral unimodal
Método espectral multimodal
Método de tiempo-historia
Los métodos que se consideran totalmente elásticos son el simplificado, el método
unimodal y el método multimodal, ya que el método de tiempo-historia se lo puede
considerar totalmente elástico o inelásticos, ya que este es uno de los métodos más
exacto que se puede implementar para diferentes cálculos y modelados en software
de diseño estructural. Para el caso de análisis utilizaremos el método espectral
multimodal descrito previamente.
33
CAPITULO III
Metodología
3.1. Marco Metodológico
La comparación de la respuesta y el comportamiento sísmica que tienes las
estructuras de puentes viga-losa con y sin aisladores sísmicos, se inició desde el
diseño preliminar de la superestructura siguiendo la metodología AASHTO LRFD. Los
análisis sísmicos de los puentes convencionales y sísmicamente aislados se realizan
siguiendo los lineamientos de la AASHTO LRFD Bridge Design Specifications
(AASHTO LRFD 2017) y de la AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation
Design (AASHTO 1999 y 2010), respectivamente.
3.2. Descripción General del Puente
Ilustración 14: Planta típica del puente del tramo de análisis Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Al considerar o hablar de puente con luz típica de 30 metros entre sus ejes y de 50
metros en el tramo central, su estructura es compuesta por 3 vigas metálicas de tipo
metiere simplemente apoyado. En las figuras 14, 16, 17 se muestran los esquemas
de planta, elevación y la sección transversal de la superestructura y subestructura
típica del puente.
34
Ilustración 15: Sección transversal típica de la superestructura del puente Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
La subestructura está compuesta por 2 pilares como se muestra en la figura 15. El
pilar tiene una configuración de pórtico de concreto armado de altura variable según
el tramo, que está construido por dos columnas circulares unidad en la parte superior
por una viga cabezal y en la parte inferior de una zapata.
Ilustración 16: Elevación típica del puente del tramo de análisis. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
35
Ilustración 17: Vista Lateral del puente. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
3.3. Materiales
Concreto superestructura y subestructura:
Para para hormigón estructural f’c=350 kg/cm2
Para losa f’c=280 kg/cm2
Acero de refuerzo:
Acero calidad ASTM A588-Grado 50; Para Vigas
Acero A36 para Vigas UPN
Acero ASTM A615Gr60, Para acero de refuerzo
3.4. Descripción del Modelo Geométrico de Análisis
Para realizar el análisis estructural de los puentes propuestos en la siguiente
investigación se empleó el programa de análisis estructural SAP2000 v21.1.0.
ultimate (CSI, 2019).
Ilustración 18: Modelo de Análisis 3D. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
36
El modelo utilizado se muestra en la figura 18, representa la estructura general del
puente que incluye todos los elementos de la superestructura como las vigas
principales, diafragmas y losa; y para la subestructura elementos individuales para la
viga cabezal y columnas del pilar de análisis. Para representar los apoyos se incluyen
elementos link o resortes.
3.4.1. Memoria de Calculo.
A continuación, se considera tratar de indicar todo lo respecto en el análisis y
diseño de los elementos (viga cabezal, pilotes y columnas) que conforman la pila P5
del Paso elevado Juan Tanca Marengo. Es necesario mencionar para la realización
de los análisis en el diseño como se tomó en consideración las guías que se puede
decir expuestas en el Código AASHTO LRFD 8va Ed. (2017) y (Caltrans,2015).
3.4.1.1. Geometría del Modelo.
Luego de tener los cortantes y momentos que se necesitan en el diseño de
elementos se diseñó un modelo estructural (tri-dimensional, 3D) del Puente con todos
sus componentes, en el programa Sap2000 v21.1.0 Ultimate.
La Sub-Estructura en el eje P5 está conformado por una viga cabezal de sección
rectangular, posee dos columnas y una cimentación que se compone de una zapata
y 6 pilotes de sección circular. La longitud de los pilotes en el modelo es de 6m y en
sus extremos inferiores se modelaron apoyos fijos (empotramiento). La base de los
pilotes se la considera empotrada.
37
Ilustración 19: Vista en planta de la estructura de la cimentación Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
3.4.1.2. Materiales.
Las propiedades de los materiales, tomadas en consideración para satisfacer los
distintos Estados Límites del elemento, son:
Hormigón:
Acero de Refuerzo:
3.4.1.3. Cargas.
Cargas sobre la estructura del puente.
3.4.1.3.1. Cargas Permanentes.
Las cargas permanentes a ser consideradas en la estructura serán todo el peso de
(3)
38
la estructura (carga muerta), incluyendo las cargas de acabados, entre los que
constan las protecciones, y la capa de rodadura.
La infraestructura estará sometida igualmente a la carga muerta propia y la
proveniente de la estructura y la presión de tierras.
Cargas Densidad del Material
Losa 24 kN / m3
Barreras 24 kN / m3
Asfalto 22 kN / m3
3.4.1.3.2. Cargas Vehiculares.
Tales cargas corresponden a las reacciones que se generan en los apoyos cuando
las vigas se encuentran cargadas por del camión HL-93 o el Tándem, más la carga
de carril, más el incremento por carga dinámica. Los valores de dichas cargas están
establecidos en el código AASHTO LRFD 8va Ed. (2017), Cap 3.6.1.2.2, 3.6.1.2.3,
3.6.1.2.4
3.4.1.3.3. Factor de Multipresencia de Carga Viva.
En la solicitación extrema es correspondiente la sobrecarga que determinará
considerando la posible combinación de carriles cargados, que multiplica por un factor
de múltiple presencia. Para el análisis del puente se usó el factor de 0.85 para tres
carriles de diseño, tal y como costa en la en la tabla 3.6.1.1.2-1 de código AASHTO
LRFD 2017
3.4.1.3.4. Carga de Viento.
Para Determinar la carga de viento que incide sobre la estructura del puente, se
tomó como referencia los lineamientos Dispuestos en la normativa AASHTO LRFD
8va Ed. (2017) y NEC-15
Cálculo de la Velocidad del viento a la altura de diseño
39
Donde:
=Velocidad del viento a la altura de diseño "z"; (Km/h).
=Velocidad del viento a 10 metros sobre el nivel del terreno.
=Velocidad básica del viento igual a 160.00 Km/h.
=Altura promedio de la estructura.
=Velocidad friccional, característica metereologíca del viento; (Km/h).
=Longitud fr fricción de fetch o campo de viento.
3.4.1.3.5. Cálculo de la Presión Horizontal del Viento.
Donde:
=Presión básica del viento
(4)
(5)
(6)
40
=Presión de viento de diseño
=Velocidad del viento a la altura de diseño "z"; (Km/h).
3.4.1.3.6. Presión a Barlovento.
3.4.1.3.7. Presión a Sotavento.
3.4.1.3.8. Fuerzas de viento en los componentes del puente.
Altura sobre la que influye la presión de viento
Ancho del tablero
3.4.1.3.9. Fuerza en Vigas del Tablero - P5.
Fuerza de viento vertical a aplicar sobre todos los tramos del puente
(7)
(8)
41
Fuerza constante de viento ascendente según la normativa
(Fuerza final a aplicarse en 1/4 del ancho del tablero)
3.4.1.3.10. Fuerza en Viga Cabezal - P5.
3.4.1.3.11. Fuerza en la Pila 5.
Ilustración 20: Aplicación de las carga de viento en los elementos estructurales. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
42
La velocidad del viento dependerá del sitio donde se implantará la estructura, para
puentes bajos o pequeños la incidencia del viento es mínima, no es el caso para
puentes de gran magnitud donde los efectos del viento tendrán un efecto importante
(Taboda Petersen, 2018).
3.4.1.3.12. Fuerza de Frenado.
De acuerdo al capítulo 3.6.4 de las especificaciones AASHTO LRFD 2017 la fuerza
de frenado se tomará como el mayor valor de:
Datos:
L=35m; Longitud del tramo
Ca= 3; Número de carriles cargados
Fp= 0.85; Factor de presencia múltiple (AASHTO LRFD 2017- T 3.6.1.1.2-1)
Camión de Diseño:
Pc1= 3.6 ton; Pc2= 14.8 ton; Pc3= 14.8 ton
Ilustración 21: Camión de Diseño Fuente: (Rodríguez, 1998)
Tandem de Diseño:
Pt1= 11.2 ton; Pt2= 11.2 ton
43
Ilustración 22: Tándem de Diseño Fuente: (Rodríguez, 1998)
Carril de Diseño:
Pcarril= 0.96 ton/m
Ilustración 23: Carril de diseño Fuente: (Rodríguez, 1998)
a.- El 25% de los pesos por eje del camión de diseño
b.- El 25% de los pesos por eje del tándem de diseño
c.- El 5% de los pesos por eje del tándem de diseño
d.- El 5% de los pesos por eje del tándem de diseño
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
)
44
Fuerza de frenado que actúa a 1.8m por encima de la superficie de la calzada
3.4.1.3.13. Carga Sísmica.
En este numeral está ilustrado el procedimiento para obtener la demanda sísmica
en las pilas.
3.4.1.3.14. Construcción del Espectro Elástico de Diseño,
Determinación del Factor de Zona.
El procedimiento en la construcción del espectro para el diseño se concluye a
continuación detallada:
En aceptación de (NEC-2015, “Peligro Sísmico” 3.1.2), en el diseño sísmico de las
estructuras tales como puente, es necesario la curva de peligrosidad sísmica, con el
propósito de tener el valor PGA en un periodo de retorno igual a 1000 años, y
posteriormente, construir el espectro de diseño.
Periodo de retorno (años):
Tasa anual de excedencia:
(14)
)
45
Ilustración 24:Curva de Peligro Sísmico para Guayaquil Fuente: (NEC 15)
De la curva obtenemos:
Peak Ground Aceleration
Pseudo Aceleración
Cuando siempre el valor del PGA se encuentre para una tasa anual de excedente
este entre 0.15g – 0.50g, PGA=Z, ello determinamos la razón espectral para el
periodo de retorno considerado
3.4.1.3.15. Razón Espectral.
3.4.1.3.16. Determinación de los Factores de Amplificación de Zona
Fa, Fd, Fs.
Para la determinación de estos Factores es necesario clasificar el suelo del sitio a
intervenir, Para lo cual se realizó un estudio de suelo de la zona. Determinando así
un suelo tipo D de clasificación NEC-15
Fa: Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período corto para
(15)
)
46
amplificar la ordenada del espectro en respuesta elástico de la aceleración en el
diseño en roca, considerando el efecto del sitio.
Ilustración 25: Fa - Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período corto Fuente: (NEC-15)
Ilustración 26: Fd - amplificación de las ordenadas del espectro elástico de respuesta de
desplazamientos para diseño en roca Fuente: (NEC-15)
Ilustración 27: Fs - Comportamiento no lineal de los suelos Fuente: (NEC-15)
Determinación de los factores de r, To, Tc. NEC-2015 - Factor dependiente de la ubicación geográfica.
Periodo límite de vibración en el espectro sísmico elástico (Inicio de la Meseta)
47
Periodo límite de vibración en el espectro sísmico elástico (Fin de la Meseta)
3.4.1.3.17. Elaboración de Espectro Elástico del Diseño.
Periodo T=0.001…5
Ilustración 28: Espectro elástico de diseño. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya
(16)
)
(17)
)
(18)
)
(19)
)
(20)
)
48
3.4.1.3.18. Factores para Modificación de Respuestas
Estructurales (R).
Se considera R= 1.00 en el diseño para la viga cabezal ya que por el tamaño de la
sección transversal esta viga se mantendrá en el rango elástico durante la acción del
sismo.
Se consideró un R=3.00 para el diseño de las columnas.
Se consideró un R=1.50 para el diseño de los pilotes. Aunque para este tipo de
pilas la norma AASHTO establece un R=2 consideramos apropiado trabajar con un
R=1.5 debido a las incertidumbres que puede haber durante el análisis interacción
suelo-pilote- estructura.
El análisis del modelo fue llevado a cabo usando el programa SAP2000, con el
propósito de tener la fuerza interna sismas que son cortantes y momentos, para el
diseño de elementos compuestos al estribo. Pero es indispensable la definición previa
de los estados límite, detallados en el código AASHTO LRFD (2017, Cap 3, 3.4.1,
considerados.
Dependiente de los estadios limites que se consideran se pudo apreciar factores
en la mayoración de carga (AASHTO LRFD (2017)), Cap 3, Tablas 3.4.1-1 y 3.4.1-2,
luego, se establece la combinación pertinente. Toda la combinación de carga fue
introducida en SAP200 con un previo análisis de la estructura.
Estados límites considerados.
La demanda mayorada total se tomará acorde al Cap. 3.4.1 del código AASHTO
LRFD (2017), siendo esta:
(21)
)
49
Donde:
= Factor modificador de carga.
= Factor de carga.
= Solicitación
Para el análisis se consideraron los siguientes estados limites estipulados en el
Cap. 3.4.1 del código AASHTO LRFD (2017) con un valor de =1.
Estado Limite de Resistencia I: Combinación básica de cargas que representa el
uso normal del puente, sin viento.
Estado Limite Evento Extremo I: Combinación de carga que incluye sismo.
Estado Limite de Servicio I: Combinación de carga que representa la operación
normal del puente.
50
3.4.2. Descripción del Proceso de Modelado del SAP2000.
Ingresamos las unidades en las cuales vamos a desarrollar nuestro modelado las
cuales serán Ton-m-C.
Ilustración 29: Definición de Unidades. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ya una vez definidas las unidades hacemos nuestra grilla de trabajo las cuales
tendrán las distancias relativas y a su vez definir distancias entre los ejes y las alturas
de cada uno de ellos.
51
Ilustración 30: Sistemas de coordenadas y puntos. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Definimos luego los materiales que vamos a utilizar que fueron establecidos
previamente en el diseño inicial del puente, del cual tomamos las especificaciones
técnicas indicadas en los cuales nos dice que:
Ilustración 31:Propiedades del hormigón para losa. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya
52
Ilustración 32: Propiedades del hormigón para viga cabezal, pilotes, pilas y zapata. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya.
Ilustración 33: Definición de material acero A36. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya.
53
Ilustración 34: Definición de Acero Grado 50. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya.
Ilustración 35: Definición de propiedades para acero de refuerzo Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya.
54
Luego definimos las secciones de nuestros elementos estructurales mediante
“frame properties”
Ilustración 36: Secciones transversales de los elementos. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya.
Definimos las secciones de las vigas UPN con sus respectivas propiedades
Ilustración 37:Vigas UPN-400. Elaborado por: Manuel García - Pedro Sandoya.
Definimos las secciones de las vigas cabezal cada una con sus diferentes
dimensiones asignando las propiedades del hormigón.
55
Ilustración 38:Viga Cabezal 1.6x2m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 39: Viga Cabezal 1.8x2m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
56
Ilustración 40: Viga Cabezal 2x2.2m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Luego mediante la opción de diseño de secciones (Section Designer), definimos
las dimensiones de nuestra viga mathiere
Ilustración 41: Viga Mathiere 50m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
57
Ilustración 42: Viga Mathiere. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ya una vez definidas las secciones de vigas, seguimos con las secciones de las
pilas que son de forma circular
Ilustración 43: Sección de Pila. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
58
Ilustración 44: Pila d=1.5m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 45: Pila d=1.2m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
59
Ilustración 46: Pila d=1m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Luego de haber definido las secciones transversales delos elementos
estructurales, definimos la losa como tipo “Shell” con un espesor de e=25cm
Ilustración 47: Losa e=25 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
60
Ilustración 48: Zapata – Shell Thick. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 49: Zapata 2m Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
61
Asignamos las propiedades de los Links o Apoyos de las vigas
Ilustración 50: Propiedades de Link Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Dentro de los parámetros que se debe tener en consideración para el diseño
sísmico son los parámetros para definir las funciones del espectro elástico de diseño
Ilustración 51: Espectro GYE R=1 NEC 15 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
62
Se define los patrones de cargas
Ilustración 52: Load Patterns. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Definimos nuestros casos de cargas incluyendo las cargas sísmicas
Ilustración 53: Load Cases Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Establecemos todas las combinaciones de cargas que vamos a implementar en
nuestro análisis
Ilustración 54: Load Combinations Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
63
Una vez definido en su gran parte los parámetros de diseño para realizar el
modelado estructural
Ilustración 55: Vista en planta del tablero
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 56: Vista en 3D del modelo completo Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Implementando todas las cargas ya previamente calculadas según la normativa
AASHTO LRFD
Ilustración 57: Asignación de cargas (Barandas) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
64
Ilustración 58: Asignación de cargas (Asfalto) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 59: Aplicación de la Fuerza de Frenado como momento en el centro del vano Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 60: Asignación de cargas móviles Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
65
Ilustración 61: Asignación de los carriles de diseño Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 62: Vehículo Tándem Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
66
Ilustración 63: Camión de diseño Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Completado la asignación de cargas, definimos el tipo de análisis que vamos a
realizar
Ilustración 64: Opciones de Análisis. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
67
Ilustración 65: Casos de Carga para análisis del modelo. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Para efecto del modelo del puente con aislador lo que se hizo fue cambiar en el
elemento tipo link (Apoyo Fijo), por el link (Aislador).
Ilustración 66: Asignación de los aisladores como aparato de apoyo en vigas Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 67: Vista 3D de los aisladores en el modelo estructural Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
68
3.4.2.1. Demanda de los Elementos Estructurales de Análisis.
3.4.2.1.1. Viga Cabezal.
Ilustración 68: Diagrama de Momento 3-3(Resistencia 1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 69: Diagrama de Momento (Evento Extremo 1Y) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
69
Ilustración 70: Diagrama de Momento (Servicio1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
3.4.2.1.2. Columnas.
Ilustración 71: Diagrama de Momento 2-2 (Resistencia 1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
70
Ilustración 72: Diagrama de Momento 3-3 (Resistencia 1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 73: Diagrama de Fuerza Axial (Resistencia 1). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
71
Ilustración 74: Diagrama de Momento 2-2 (Evento Extremo 1X) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 75: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo 1X) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
72
Ilustración 76: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1Y) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 77: Diagrama de Momento 2-2 (Evento Extremo 1Y) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
73
Ilustración 78: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo 1Y) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 79: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1Y) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
74
3.4.2.1.3. Pilotes.
Ilustración 80: Diagrama de Momento 2-2 (Resistencia 1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 81: Diagrama de Momento 3-3 (Resistencia 1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
75
Ilustración 82: Diagrama de Fuerza Axial (Resistencia 1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 83: Diagrama de Momento 2-2(Evento Extremo 1X) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
76
Ilustración 84: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo 1X) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 85: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1x) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
77
Ilustración 86: Diagrama de Momento 2-2 (Evento Extremo1). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 87: Diagrama de Momento 3-3 (Evento Extremo1). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
78
Ilustración 88: Diagrama de Fuerza Axial (Evento Extremo 1Y). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
3.4.2.2. Modelo de Análisis (Pushover).
Para determinar el punto de desempeño de la subestructura en el eje P5, fue
necesario realizar un modelo de análisis estático no lineal, el cual se describe a
continuación
Ilustración 89: Definición de Materiales.
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
79
Ilustración 90: Frame Properties. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 91: Sección Circular. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
80
Ilustración 92: Definición del refuerzo estructural Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 93: Definición de Sección, Viga Cabezal Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
81
Ilustración 94: Refuerzo en elementos estructurales Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 95: Definición Sísmica de fuerzas Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
82
Ilustración 96: Definición de Patrones de Cargas Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 97: Definición del Mass Source Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 98: Casos de Cargas Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
83
Ilustración 99: Load Case -Lateral X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 100: Load Case -Lateral Y
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 101: Load Case-CGNL X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
84
Ilustración 102: Load Case-CGNL Y Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 103: Control de Desplazamientos CGNL X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
85
Ilustración 104: Load Case Data - PUSHOVER X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 105: Control de desplazamiento PUSHOVER X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 106: Pasos de incremento de cargas PUSHOVER X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
86
Ilustración 107: Load Case CGNL PUSH X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 108: Control de desplazamiento en el sentido Y
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 109: Numero de pasos de análisis. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
87
Procedemos a la aplicación de las cargas correspondientes del análisis previo
realizado, donde la carga muerta corresponde a las descargas por peso propio de
todos los componentes del tablero y la carga viva corresponde a las descargas por la
carga de vehicular
Ilustración 110: Asignación de la carga muerta. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 111: Asignación de la carga viva. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
88
Ilustración 112: Asignación de la carga lateral en el sentido X Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 113:Aplicación de la carga lateral en el sentido Y.
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
89
Ilustración 114: Frame Space Loads (Viento). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 115: Propiedades de las posibles rotulas en vigas. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
90
Ilustración 116: Frame Hinge Assignment. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 117: Propiedades de las posibles rotulas en columnas.
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
91
Ilustración 118:Disposición de las posible rotulas en columnas
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Una vez definida las propiedades de las posibles rotulas en los diferentes
componentes de la subestructura, asignamos cada una de ella al elemento
correspondiente para así de esta manera poder evidenciar posibles mecanismos de
colapso que puedan producirse
Ilustración 119: Frame Hinges. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
92
Ilustración 120: Opciones de Análisis (PUSHOVER.).
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 121: Casos de carga para análisis. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
93
3.5. Metodología para la Comprobación del Diseño Propuesto de
los Elementos Estructurales
Para el diseño a flexión del elemento, se usó el máximo momento (en la cara la
columna) obtenido a partir del análisis estructural. Además, usando el procedimiento
a continuación, se obtuvo el refuerzo en dichos lugares cada sección transversal de
la viga, se debe cumplir lo siguiente:
Donde:
Siendo:
Se despeja “ω” (índice de armado) de la formula anterior, con la finalidad de obtener
la siguiente ecuación cuadrática.
Resolviendo la ecuación cuadrática se obtienen “ω1”y“ω2”,deloscualesseescogeel
menor. Vale destacar que “ω” está relacionado con “ρ” (cuantía de refuerzo) mediante
la siguiente formula:
A su vez el área de acero requerida está en función de “ρ”:
Sin embargo, es necesario verificar que el refuerzo calculado se encuentre dentro
de los límites aceptables. De acuerdo con [AASHTO LRFD (2017), Cap. 5, 5.6.3.3],
(22)
)
(23)
)
(24)
)
94
el refuerzo proporcionado en cada sección de la viga deberá ser capaz de desarrollar,
como mínimo, una resistencia a flexión igual al menor de las siguientes dos
condiciones:
1.33 veces Mu en dicha sección.
1.20 MCR (Momento de Agrietamiento)
Donde:
E5.6.3.3-1 AASHTO LRFD (2017)
Por tratarse de una sección de hormigón armado y Sc=Snc, entonces:
Acorde al Cap. 5.6.3.3 del código AASHTO LRFD (2017), los valores de son:
fr= Módulo de Ruptura [AASHTO LRFD (2017)., Cap. 5, 5.4.2.6]
Snc= Módulo se sección elástica de la fibra extrema, de la sección no compuesta
sometida a tensión
3.5.1. Diseño Estructural de la Viga Cabezal para Momento
Negativo.
(25)
)
(27)
)
(26)
)
(28)
)
95
Datos:
Basándonos en AASHTO LRFD (2017)., Cap. 5, Tabla 5.10.1-1
Resolviendo la ecuación:
índice de armado
Área de acero requerida
Se colocaran: 30 28mm
(29)
)
96
Verificación del momento resistente:
Refuerzo mínimo:
Verificación del refuerzo mínimo:
Verificación del momento resistente:
3.5.2. Diseño Estructural de la Viga Cabezal para Momento
Positivo.
Datos:
(30)
)
(31)
)
(32)
)
97
AASHTO LRFD (2017)., Cap. 5, Tabla 5.10.1-1
Resolviendo la ecuación:
índice de armado
Área de acero requerida
Se colocaran: 30 25mm
98
Verificación del momento resistente:
Refuerzo mínimo:
Verificación del refuerzo mínimo:
Verificación del momento resistente:
3.5.3. Metodología de Diseño Estructural a cortante de la Viga
Cabezal.
Para el diseño a corte del elemento, se usaron los cortantes (en la cara de las pilas)
obtenidos a partir del análisis. Además, usando el procedimiento a continuación, se
obtuvo el refuerzo en dichos lugares
En cada sección transversal de la viga, se debe cumplir lo siguiente:
Donde, de acuerdo con [AASHTO LRFD 7ma Ed., Cap. 5, 5.8.3.4.3]:
(33)
)
(34)
)
99
Siendo:
A su vez:
Primero se encuentra el valor de Vc. Posteriormente, iguala 𝜙Vn a Vu, y se despeja
Vs. Finalmente, de la fórmula de la resistencia al corte que aporta el acero, se despeja
“s”, obteniendo así la separación de los estribos
3.5.4. Diseño Estructural de la Viga Cabezal para Fuerza
Cortante.
Datos:
AASHTO LRFD (2017)., Cap. 5, Tabla 5.10.1-1
(35)
)
(37)
)
(38)
)
100
Cálculo de refuerzo mínimo por corte:
(39)
)
(40)
)
101
Se adopta ramas
Del análisis por la combinación "Evento Extremo 1"
Verificación del refuerzo por corte mínimo:
Verificación del cortante resistente:
3.5.5. Diseño Estructural de Columna y Pilote.
Para la revisión del diseño de estos elementos estructurales se usará para su
estudio los diagramas de interacción para así poder determinar si la sección y su
armado pueden resistir las posibles demandas a las que serán sometidas creando
efecto de flexión y comprensión.
3.5.6. Análisis de Pila d=1.5m.
3.5.6.1. Diseño a Flexión.
Para el diseño a flexión del elemento, se usaron las combinaciones de Carga Axial-
Momento obtenidos a partir del análisis. Consecuentemente, con la ayuda de un
diagrama de interacción se fue iterando hasta obtener el refuerzo adecuado.
102
Hay que destacar que el sismo puede venir en varias direcciones, por lo que las
columnas presentarán momentos con respecto a sus ejes ortogonales,
simultáneamente. Para tomar en cuenta dicho efecto, la demanda a flexión, de cada
combinación P-M, es calculada de la siguiente forma:
Donde, M2 y M3 son momentos flectores con respecto a los ejes locales
ortogonales (definidos por el programa) y equivalentes a un eje horizontal y vertical.
3.5.6.2. Diagrama de Interacción.
Es la región grafica que define la zona en la cual cualquier combinación de cargas
de flexo-compresión puede ser resistida por la columna y su armado en la dirección
en la cual se analiza.
Se graficó el diagrama de interacción ϕMn vs ϕPn y las demandas Mu-Pu
resultantes de las combinaciones de carga establecidas en la normativa AASHTO-
LRFD 2017
(41)
)
103
Para la columna Derecha:
Ilustración 122: Diagrama de Interacción para la columna derecha. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
104
Para la columna Izquierda:
Ilustración 123: Diagrama de Interacción para la columna izquierda. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
105
3.5.6.3. Diseño a Corte.
Para el diseño a corte del elemento (columna), se usaron los cortantes obtenidos
a partir del análisis. Además, usando el procedimiento a continuación, se obtuvo el
refuerzo requerido.
En cada sección transversal de la columna, se debe cumplir lo siguiente:
Donde, de acuerdo con [AASHTO LRFD 7ma Ed., Cap. 5, 5.8.3.4.3]:
Siendo:
Primero se encuentra el valor de Vc. Posteriormente, se iguala ∅ Vn a Vu, y se
despeja Vs. Finalmente, de la fórmula de la resistencia al corte que aporta el acero,
se despeja “s”, obteniendo así la separación de la espiral.
Datos:
106
AASHTO LRFD (2017)., Cap. 5, Tabla 5.10.1-1
107
3.5.7. Análisis de Pilote, D = 1.20m.
3.5.7.1. Diseño a Flexión.
Para el diseño a flexión del elemento, se usaron las combinaciones de Carga Axial-
Momento obtenidos a partir del análisis. Consecuentemente, con la ayuda de un
diagrama de interacción se fue iterando hasta obtener el refuerzo adecuado.
3.5.7.2. Diagrama de Interacción.
Es la región grafica que define la zona en la cual cualquier combinación de cargas
de flexo-compresión puede ser resistida por la columna y su armado en la dirección
en la cual se analiza
108
Ilustración 124: Diagrama de Interacción para la pilotes. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
109
3.5.7.3. Diseño a Corte.
Para el diseño a corte del elemento (columna), se usaron los cortantes obtenidos
a partir del análisis. Además, usando el procedimiento a continuación, se obtuvo el
refuerzo requerido.
En cada sección transversal de la columna, se debe cumplir lo siguiente:
Donde, de acuerdo con [AASHTO LRFD 7ma Ed., Cap. 5, 5.8.3.4.3]:
Siendo:
Primero se encuentra el valor de Vc. Posteriormente, se iguala ∅ Vn a Vu, y se
despeja Vs. Finalmente, de la fórmula de la resistencia al corte que aporta el acero,
se despeja “s”, obteniendo así la separación de la espiral.
Datos:
110
AASHTO LRFD (2017)., Cap. 5, Tabla 5.10.1-1
(44)
)
(42)
)
(43)
)
111
CAPÍTULO IV
Análisis de Resultados
4.1. Obtencion de Datos
Luego de un análisis completo al modelo estructural y de realizar la implementación
del aislador sísmico a la estructura del puente vamos analizar y discutir los resultados
que se obtuvieron en los diferentes análisis, estáticos y dinámicos.
4.2. Comparación de los Periodos y Vibraciones Modales
Para el puente sin el uso del aislador se obtuvo como primer modo de vibración un
modo trasnacional en el sentido X y en el puente que se implementó el aislador en su
estructura se obtuvo para el primer modo de vibración trasnacional en X
4.3. Modos de Vibración sin Aislador
Ilustración 125: Primer modo de vibración, T=0.538 seg.
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
112
Ilustración 126: Segundo modo de vibración, T=0.528 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 127: Tercer modo de vibración, T=0.446 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
113
Ilustración 128: Cuarto modo de vibración, T=0.415 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
4.4. Modos de Vibración con Aislador
Ilustración 129: Primer modo de vibración, T=3.38 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
114
Ilustración 130: Segundo modo de vibración, T=3.379 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 131: Tercer modo de vibración, T=2.832 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
115
Ilustración 132: Cuarto modo de vibración, T=0.540 seg. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
4.5. Respuesta Sísmica de los Puentes
La respuesta sísmica fue determinada utilizando el programa de modelado
estructural SAP2000, para los análisis estructurales multimodal donde todos los
elementos de carácter estructural están incluidos en los sistemas de aislamiento son
modelados con comportamiento elástico.
A continuación, se realiza la comparación de la respuesta sísmica en donde se
denota desplazamientos y fuerzas de los puentes aislados con respecto a los puentes
convencionales para los dos métodos computacionales (análisis multimodal)
aplicados en esta investigación.
116
Tabla 11: % masa participativa y modos de vibraciones de la pila sin el uso del aislador en el modo MODAL
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Step Num Period Frequency UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY RZ SumRX SumRY SumRZ
Unitless Sec Cyc/sec Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless
1 0.539 1.856 0.445 0.000 0.004 0.445 0.000 0.004 0.000 0.014 0.000 0.000 0.014 0.000
2 0.529 1.891 0.044 0.000 0.081 0.488 0.000 0.085 0.000 0.000 0.000 0.000 0.014 0.000
3 0.446 2.240 0.006 0.000 0.107 0.494 0.000 0.192 0.000 0.073 0.000 0.000 0.088 0.000
4 0.415 2.409 0.000 0.027 0.000 0.494 0.028 0.192 0.000 0.000 0.004 0.000 0.088 0.004
5 0.362 2.765 0.000 0.018 0.000 0.494 0.045 0.192 0.004 0.000 0.033 0.005 0.088 0.036
6 0.346 2.887 0.001 0.000 0.080 0.495 0.045 0.272 0.000 0.064 0.000 0.005 0.151 0.036
7 0.313 3.194 0.000 0.442 0.000 0.495 0.487 0.272 0.278 0.000 0.042 0.283 0.151 0.078
8 0.300 3.330 0.000 0.054 0.000 0.495 0.541 0.272 0.199 0.000 0.063 0.482 0.151 0.141
9 0.269 3.718 0.000 0.001 0.000 0.495 0.542 0.272 0.003 0.000 0.393 0.484 0.151 0.534
10 0.219 4.563 0.000 0.098 0.000 0.495 0.641 0.272 0.001 0.000 0.004 0.485 0.151 0.538
11 0.177 5.643 0.000 0.030 0.000 0.495 0.671 0.272 0.040 0.000 0.004 0.525 0.151 0.543
12 0.163 6.148 0.145 0.000 0.000 0.640 0.671 0.272 0.000 0.000 0.000 0.525 0.151 0.543
13 0.159 6.273 0.032 0.000 0.000 0.672 0.671 0.272 0.000 0.010 0.000 0.525 0.161 0.543
14 0.152 6.568 0.000 0.000 0.000 0.672 0.671 0.272 0.000 0.000 0.000 0.525 0.161 0.543
15 0.152 6.584 0.315 0.000 0.000 0.987 0.671 0.272 0.000 0.001 0.000 0.525 0.163 0.543
16 0.151 6.637 0.000 0.050 0.000 0.987 0.721 0.272 0.021 0.000 0.001 0.546 0.163 0.544
17 0.148 6.757 0.000 0.000 0.000 0.987 0.721 0.272 0.000 0.000 0.286 0.546 0.163 0.830
18 0.140 7.161 0.000 0.011 0.000 0.987 0.732 0.273 0.010 0.009 0.003 0.556 0.171 0.833
19 0.139 7.178 0.000 0.177 0.000 0.987 0.910 0.273 0.152 0.001 0.058 0.709 0.172 0.891
20 0.135 7.394 0.000 0.046 0.000 0.987 0.955 0.273 0.024 0.000 0.045 0.733 0.172 0.936
117
Tabla 12: % masa participativa y modos de vibraciones de la pila con el uso del aislador en el modo MODAL
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Step Num Period Frequency UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY RZ SumRX SumRY SumRZ
Unitless Sec Cyc/sec Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless
1 3.3926 0.294759 0.323 0.000 0.000 0.323 0.000 0.000 0.000 0.005 0.000 0.000 0.005 0.000
2 3.3799 0.295865 0.000 0.315 0.000 0.323 0.315 0.000 0.364 0.000 0.006 0.364 0.005 0.006
3 2.8322 0.353084 0.000 0.004 0.000 0.323 0.319 0.000 0.005 0.000 0.191 0.368 0.005 0.197
4 0.5409 1.848659 0.000 0.000 0.107 0.323 0.319 0.107 0.000 0.000 0.000 0.368 0.005 0.197
5 0.5086 1.966109 0.000 0.000 0.000 0.323 0.319 0.107 0.026 0.000 0.000 0.395 0.005 0.197
6 0.4647 2.151797 0.000 0.000 0.091 0.323 0.319 0.198 0.000 0.080 0.000 0.395 0.086 0.197
7 0.4299 2.326305 0.033 0.000 0.000 0.356 0.319 0.198 0.000 0.000 0.000 0.395 0.086 0.197
8 0.4091 2.444334 0.031 0.000 0.000 0.387 0.319 0.198 0.000 0.000 0.000 0.395 0.086 0.197
9 0.3624 2.759268 0.000 0.000 0.000 0.387 0.319 0.198 0.055 0.000 0.000 0.450 0.086 0.197
10 0.3562 2.807409 0.000 0.000 0.073 0.387 0.319 0.271 0.000 0.066 0.000 0.450 0.152 0.197
11 0.3077 3.250367 0.000 0.000 0.000 0.387 0.319 0.271 0.059 0.000 0.000 0.510 0.152 0.197
12 0.2821 3.545296 0.000 0.000 0.000 0.387 0.319 0.271 0.000 0.000 0.000 0.510 0.152 0.197
13 0.2407 4.154729 0.141 0.000 0.000 0.528 0.319 0.271 0.000 0.000 0.000 0.510 0.152 0.197
14 0.2088 4.789494 0.033 0.000 0.000 0.561 0.319 0.271 0.000 0.000 0.000 0.510 0.152 0.197
15 0.2009 4.977965 0.000 0.001 0.000 0.561 0.320 0.272 0.001 0.000 0.002 0.510 0.152 0.200
16 0.1832 5.459622 0.000 0.202 0.000 0.561 0.522 0.272 0.017 0.000 0.085 0.527 0.152 0.284
17 0.1824 5.482955 0.000 0.214 0.000 0.561 0.736 0.272 0.003 0.000 0.268 0.530 0.152 0.552
18 0.1796 5.566831 0.000 0.159 0.000 0.561 0.895 0.272 0.002 0.000 0.318 0.532 0.152 0.870
19 0.1717 5.822444 0.000 0.000 0.000 0.561 0.895 0.272 0.000 0.000 0.001 0.532 0.152 0.871
20 0.1696 5.896665 0.000 0.000 0.000 0.561 0.895 0.272 0.000 0.000 0.000 0.532 0.152 0.871
118
4.6. Comparación en las Demandas
4.6.1. Demandas en la Pila Izquierda sin Aislador.
Tabla 13:Fuerzas en los Elementos (Pila Izq.) sin aislador.
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
8 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -91.52 47.20 88.81 7.71 150.33 85.72
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -113.40 47.20 88.81 7.71 262.74 208.07
8 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -627.54 -34.59 -118.98 -7.22 -225.74 -120.82
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -649.41 -34.59 -118.98 -7.22 -214.65 -294.78
8 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -257.04 122.55 18.96 5.30 24.59 294.73
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -278.92 122.55 18.96 5.30 100.24 734.97
8 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -462.02 -109.94 -49.14 -4.81 -99.99 -329.83
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -483.89 -109.94 -49.14 -4.81 -52.16 -821.68
8 1 RESISTENCIA 1 Combination Max -297.30 28.31 -1.07 7.80 -7.57 12.74
8 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Max -319.18 28.31 -1.07 7.80 47.54 27.94
8 1 RESISTENCIA 1 Combination Min -506.16 -14.90 -29.65 -8.47 -65.95 -66.32
8 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Min -528.03 -14.90 -29.65 -8.47 2.05 -135.47
8 1 SERVICIO 1 Combination Max -242.62 17.26 -3.79 4.54 -12.78 4.76
8 6.6 SERVICIO 1 Combination Max -260.12 17.26 -3.79 4.54 31.84 8.96
8 1 SERVICIO 1 Combination Min -361.96 -7.42 -20.12 -4.76 -46.14 -40.41
8 6.6 SERVICIO 1 Combination Min -379.46 -7.42 -20.12 -4.76 5.85 -84.42
119
4.6.2. Demanda de la Pila Izquierda con Aislador.
Tabla 14: Fuerzas en los Elementos (Pila Izq.) con aislador.
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
8 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -275.52 9.81 13.69 0.20 16.89 25.71
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -297.40 9.81 13.69 0.20 82.96 64.81
8 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -439.78 -9.55 -41.62 -0.20 -87.92 -27.02
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -461.66 -9.55 -41.62 -0.20 -40.34 -67.12
8 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -311.74 32.25 -4.52 0.65 -17.09 86.65
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -333.62 32.25 -4.52 0.65 41.73 218.36
8 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -403.56 -31.99 -23.41 -0.65 -53.94 -87.96
8 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -425.44 -31.99 -23.41 -0.65 0.88 -220.67
8 1 RESISTENCIA 1 Combination Max -287.58 0.37 -11.39 0.02 -26.27 0.11
8 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Max -309.46 0.37 -11.39 0.02 37.67 -0.73
8 1 RESISTENCIA 1 Combination Min -500.28 -0.05 -22.85 -0.03 -53.30 -1.62
8 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Min -522.16 -0.05 -22.85 -0.03 18.36 -1.82
8 1 SERVICIO 1 Combination Max -238.18 0.24 -8.84 0.01 -21.91 -0.05
8 6.6 SERVICIO 1 Combination Max -255.68 0.24 -8.84 0.01 24.25 -0.63
8 1 SERVICIO 1 Combination Min -359.72 -0.01 -15.39 -0.02 -37.35 -1.04
8 6.6 SERVICIO 1 Combination Min -377.22 -0.01 -15.39 -0.02 13.22 -1.25 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
120
4.6.3. Demandas en la Pila Derecha, sin Aislador.
Tabla 15: Fuerzas en los Elementos (Pila Der.) sin aislador.
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
9 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -122.67 47.24 117.52 9.01 223.60 85.17
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -144.55 47.24 117.52 9.01 223.50 211.51
9 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -655.10 -35.44 -92.10 -8.78 -154.92 -121.54
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -676.98 -35.44 -92.10 -8.78 -258.98 -296.93
9 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -286.95 123.46 47.03 4.82 96.99 295.01
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -308.83 123.46 47.03 4.82 59.25 742.75
9 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -490.82 -111.66 -21.61 -4.59 -28.31 -331.38
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -512.69 -111.66 -21.61 -4.59 -94.73 -828.18
9 1 RESISTENCIA 1 Combination Max -371.31 30.66 31.73 9.12 75.78 16.45
9 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Max -393.19 30.66 31.73 9.12 -1.21 23.58
9 1 RESISTENCIA 1 Combination Min -580.57 -12.58 3.18 -10.37 17.65 -61.84
9 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Min -602.44 -12.58 3.18 -10.37 -46.82 -144.85
9 1 SERVICIO 1 Combination Max -276.18 18.37 19.89 5.27 47.81 6.47
9 6.6 SERVICIO 1 Combination Max -293.68 18.37 19.93 5.27 -3.54 7.04
9 1 SERVICIO 1 Combination Min -395.76 -6.34 3.58 -5.86 14.59 -38.26
9 6.6 SERVICIO 1 Combination Min -413.26 -6.34 3.62 -5.86 -29.60 -89.20
121
4.6.4. Demandas en la Pila Derecha, con Aislador.
Tabla 16:Fuerzas en los Elementos (Pila Der.) con aislador.
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
9 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -299.39 9.85 41.89 0.02 89.07 25.95
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Max -321.26 9.85 41.89 0.02 41.86 65.12
9 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -463.68 -9.57 -13.93 -0.03 -16.29 -27.23
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=3 Combination Min -485.56 -9.57 -13.93 -0.03 -82.86 -67.50
9 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -335.62 32.37 23.50 0.03 54.87 87.41
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Max -357.50 32.37 23.50 0.03 0.13 219.48
9 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -427.45 -32.08 4.47 -0.04 17.91 -88.69
9 6.6 EVENTO EXTREMO 1X,R=3 Combination Min -449.32 -32.08 4.47 -0.04 -41.13 -221.86
9 1 RESISTENCIA 1 Combination Max -366.46 0.43 23.00 0.02 59.30 0.21
9 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Max -388.33 0.43 23.00 0.02 -12.92 -0.87
9 1 RESISTENCIA 1 Combination Min -579.11 0.01 11.54 -0.04 32.55 -1.52
9 6.6 RESISTENCIA 1 Combination Min -600.99 0.01 11.54 -0.04 -32.09 -1.96
9 1 SERVICIO 1 Combination Max -270.69 0.27 15.71 0.01 39.82 0.00
9 6.6 SERVICIO 1 Combination Max -288.19 0.27 15.75 0.01 -12.12 -0.70
9 1 SERVICIO 1 Combination Min -392.21 0.02 9.16 -0.02 24.53 -0.99
9 6.6 SERVICIO 1 Combination Min -409.71 0.02 9.20 -0.02 -23.07 -1.32 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
122
4.6.5. Demanda en la Viga Cabezal sin Aislador.
Tabla 17: Fuerzas en los Elementos (Viga Cabezal) sin aislador
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Max 117.09 484.34 32.28 154.14 70.39 816.26
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Max 115.50 739.25 35.68 159.15 69.44 835.04
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Min -88.01 -751.00 -36.48 -160.64 -79.46 -1237.33
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Min -83.99 -499.48 -31.37 -156.74 -78.76 -1209.52
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Max 47.10 60.98 105.02 124.89 233.52 112.13
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Max 47.42 314.78 106.47 133.92 228.53 134.16
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Min -18.02 -327.65 -109.22 -131.39 -242.60 -533.20
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Min -15.91 -75.01 -102.16 -131.52 -237.85 -508.64
83 0.68 RESISTENCIA 1 Combination Max 28.05 -119.10 4.07 73.54 5.75 -188.70
83 4.32 RESISTENCIA 1 Combination Max 28.37 180.16 9.62 79.46 7.37 -146.32
83 0.68 RESISTENCIA 1 Combination Min 10.82 -204.20 -10.26 -70.66 -18.95 -325.98
83 4.32 RESISTENCIA 1 Combination Min 11.44 95.54 -4.71 -65.27 -18.40 -282.41
83 0.68 SERVICIO 1 Combination Max 18.12 -90.38 2.03 41.17 2.61 -141.80
83 4.32 SERVICIO 1 Combination Max 18.95 126.57 5.87 45.27 3.44 -120.61
83 0.68 SERVICIO 1 Combination Min 8.27 -139.01 -6.16 -41.22 -11.50 -220.25
83 4.32 SERVICIO 1 Combination Min 9.27 78.22 -2.32 -37.43 -11.29 -198.38 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
123
4.6.6. Demanda en la Viga Cabezal con Aislador.
Tabla 18:Fuerzas en los Elementos (Viga Cabezal) con aislador
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Max 31.53 27.55 5.75 5.87 13.19 62.95
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Max 30.77 276.77 5.65 5.53 12.84 76.54
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Min -3.57 -285.55 -5.85 -6.12 -13.40 -470.77
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1 Combination Min -2.82 -36.22 -5.56 -5.24 -13.04 -452.61
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Max 20.39 -73.66 19.24 19.51 44.10 -111.35
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Max 20.16 175.60 18.69 17.76 42.94 -96.14
83 0.68 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Min 7.57 -184.34 -19.33 -19.77 -44.31 -296.47
83 4.32 EVENTO EXTREMO 1X,R=1 Combination Min 7.79 64.96 -18.60 -17.46 -43.14 -279.93
83 0.68 RESISTENCIA 1 Combination Max 22.96 -118.65 0.00 0.41 0.00 -195.33
83 4.32 RESISTENCIA 1 Combination Max 22.91 174.44 0.13 0.67 0.03 -144.38
83 0.68 RESISTENCIA 1 Combination Min 11.50 -202.37 -0.14 -0.54 -0.32 -320.36
83 4.32 RESISTENCIA 1 Combination Min 11.45 90.76 -0.02 -0.29 -0.28 -269.62
83 0.68 SERVICIO 1 Combination Max 15.60 -88.18 -0.01 0.20 -0.01 -142.51
83 4.32 SERVICIO 1 Combination Max 15.50 124.68 0.08 0.40 0.00 -121.73
83 0.68 SERVICIO 1 Combination Min 9.05 -136.02 -0.09 -0.35 -0.20 -213.96
83 4.32 SERVICIO 1 Combination Min 8.95 76.86 0.00 -0.14 -0.18 -193.30 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
124
4.6.7. Demanda en el pilote sin aislador.
Tabla 19:Fuerzas en los Elementos (pilote) sin aislador
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
78 1 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Max -354.99 9.90 4.73 0.87 11.65 23.54
78 6 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Max -371.95 9.90 4.73 0.87 13.39 5.94
78 1 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Min -436.41 -2.25 -5.43 -0.97 -13.77 -5.34
78 6 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Min -453.38 -2.25 -5.43 -0.97 -12.03 -25.95
78 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Max 58.61 41.52 111.95 4.37 267.36 97.22
78 6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Max 41.64 41.52 111.95 4.37 297.94 96.66
78 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Min -787.56 -36.13 -114.41 -4.33 -274.16 -84.18
78 6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Min -804.53 -36.13 -114.41 -4.33 -292.44 -110.56
78 1 SERVICIO 1_PILOTES Combination Max -72.94 6.07 2.30 0.51 5.52 14.48
78 6 SERVICIO 1_PILOTES Combination Max -86.51 6.07 2.30 0.51 8.53 2.34
78 1 SERVICIO 1_PILOTES Combination Min -19.47 -0.87 -3.51 -0.55 -9.00 -2.02
78 6 SERVICIO 1_PILOTES Combination Min -33.04 -0.87 -3.51 -0.55 -5.99 -15.88
78 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Max 94.11 120.82 33.76 1.51 80.43 280.16
78 6 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Max 77.15 120.82 33.76 1.51 93.90 310.51
78 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Min -823.07 -
115.44 -36.22 -1.48 -87.23 -267.12
78 6 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Min -840.03 -
115.44 -36.22 -1.48 -88.39 -324.40
125
4.6.8. Demanda en el Pilote con Aislador.
Tabla 20: Fuerzas en los Elementos (pilote) con aislador
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text m Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-
m Tonf-m Tonf-m
78 1 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Max -343.89 0.97 -0.72 0.01 -1.27 2.97
78 6 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Max -360.85 0.97 -0.72 0.01 2.73 -1.32
78 1 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Min -417.86 0.70 -0.93 -0.01 -3.12 2.18
78 6 RESISTENCIA 1_PILOTES Combination Min -434.83 0.70 -0.93 -0.01 1.13 -1.88
78 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Max -120.34 15.48 105.63 0.05 256.49 36.32
78 6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Max -137.30 15.48 105.63 0.05 275.17 38.34
78 1 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Min -579.74 -14.04 -107.20 -0.05 -261.17 -31.88
78 6 EVENTO EXTREMO 1Y,R=1.5 Combination Min -596.70 -14.04 -107.20 -0.05 -272.01 -41.07
78 1 SERVICIO 1_PILOTES Combination Max -263.24 0.68 -0.52 0.01 -1.16 2.10
78 6 SERVICIO 1_PILOTES Combination Max -276.81 0.68 -0.52 0.01 1.65 -1.00
78 1 SERVICIO 1_PILOTES Combination Min -305.51 0.53 -0.64 0.00 -2.22 1.64
78 6 SERVICIO 1_PILOTES Combination Min -319.08 0.53 -0.64 0.00 0.74 -1.32
78 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Max -163.17 49.82 31.16 0.05 75.49 115.57
78 6 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Max -180.14 49.82 31.16 0.05 83.81 130.78
78 1 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Min -536.90 -48.38 -32.73 -0.05 -80.18 -111.13
78 6 EVENTO EXTREMO 1X,R=1.5 Combination Min 553.87 -48.38 -32.73 -0.05 -80.66 -133.51 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
126
4.6.9. Demanda de Fuerzas en el Link sin Aislador.
Tabla 21:Fuerzas en los Elementos (links) sin aislador
TABLE: Element Forces - Links
Link LinkElem Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text Text Text Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
7 7 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 18.96 82.51 26.38 0 9.23 28.88
7 7 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 18.96 82.51 26.38 0 0 0
7 7 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 54.44 30.75 87.83 0 30.74 10.76
7 7 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 54.44 30.75 87.83 0 0 0
8 8 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 10.89 84.57 28.30 0 9.90 29.60
8 8 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 10.89 84.57 28.30 0 0 0
8 8 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 3.43 25.38 94.22 0 32.98 8.88
8 8 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 3.43 25.38 94.22 0 0 0
9 9 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 19.93 83.88 26.37 0 9.23 29.36
9 9 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 19.93 83.88 26.37 0 0 0
9 9 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 52.66 31.24 87.81 0 30.73 10.93
9 9 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 52.66 31.24 87.81 0 0 0
37 37 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 16.24 100.98 27.61 0 9.66 35.34
37 37 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 16.24 100.98 27.61 0 0 0
37 37 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 5.01 30.30 91.99 0 32.20 10.60
37 37 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 5.01 30.30 91.99 0 0 0
39 39 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 24.59 99.59 25.71 0 9.00 34.86
39 39 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 24.59 99.59 25.71 0 0 0
39 39 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 57.19 33.23 85.66 0 29.98 11.63
39 39 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 57.19 33.23 85.66 0 0 0
41 41 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 22.12 99.51 25.71 0 9.00 34.83
41 41 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 22.12 99.51 25.71 0 0 0
41 41 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 55.06 32.96 85.66 0 29.98 11.54
41 41 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 55.06 32.96 85.66 0 0 0
127
4.6.10. Demanda de Fuerzas en el Link sin Aislador.
Tabla 22:Fuerzas en los Elementos (links) con aislador
TABLE: Element Forces - Links
Link LinkElem Station OutputCase CaseType StepType P V2 V3 T M2 M3
Text Text Text Text Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
7 7 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.28 3.89 1.13 0 0.40 1.36
7 7 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.28 3.89 1.13 0 0 0
7 7 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.97 1.17 3.78 0 1.32 0.41
7 7 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.97 1.17 3.78 0 0 0
8 8 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 3.69 3.89 1.13 0 0.40 1.36
8 8 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 3.69 3.89 1.13 0 0 0
8 8 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 1.12 1.17 3.78 0 1.32 0.41
8 8 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 1.12 1.17 3.78 0 0 0
9 9 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.27 3.89 1.13 0 0.40 1.36
9 9 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.27 3.89 1.13 0 0 0
9 9 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.94 1.17 3.78 0 1.32 0.41
9 9 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.94 1.17 3.78 0 0 0
37 37 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 3.70 3.89 1.14 0 0.40 1.36
37 37 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 3.70 3.89 1.14 0 0 0
37 37 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 1.13 1.17 3.78 0 1.32 0.41
37 37 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 1.13 1.17 3.78 0 0 0
39 39 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.09 3.89 1.14 0 0.40 1.36
39 39 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.09 3.89 1.14 0 0 0
39 39 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.19 1.17 3.78 0 1.32 0.41
39 39 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.19 1.17 3.78 0 0 0
41 41 I-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.08 3.89 1.14 0 0.40 1.36
41 41 J-End SX-R=1 LinRespSpec Max 7.08 3.89 1.14 0 0 0
41 41 I-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.16 1.17 3.78 0 1.32 0.41
41 41 J-End SY-R=1 LinRespSpec Max 20.16 1.17 3.78 0 0 0 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
128
4.7. Comparación de Desplazamientos
4.7.1. Desplazamientos en el Link sin Aislador.
Tabla 23: Desplazamientos en los apoyos sin aislador
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text Text cm cm cm Radians Radians Radians
36 SX-R=1 LinRespSpec Max 7.438 0.777 0.082 0.002 0.001 0.000
36 SY-R=1 LinRespSpec Max 2.231 2.588 0.028 0.005 0.000 0.001
37 SX-R=1 LinRespSpec Max 7.306 0.783 0.086 0.002 0.001 0.000
37 SY-R=1 LinRespSpec Max 2.192 2.608 0.029 0.005 0.000 0.001
42 SX-R=1 LinRespSpec Max 7.449 0.768 0.279 0.002 0.001 0.000
42 SY-R=1 LinRespSpec Max 2.248 2.557 0.881 0.006 0.001 0.001
43 SX-R=1 LinRespSpec Max 7.311 0.773 0.274 0.002 0.001 0.000
43 SY-R=1 LinRespSpec Max 2.212 2.575 0.854 0.005 0.002 0.001
48 SX-R=1 LinRespSpec Max 7.429 0.768 0.269 0.002 0.001 0.000
48 SY-R=1 LinRespSpec Max 2.243 2.557 0.856 0.006 0.001 0.001
49 SX-R=1 LinRespSpec Max 7.303 0.773 0.261 0.002 0.001 0.000
49 SY-R=1 LinRespSpec Max 2.211 2.575 0.832 0.005 0.002 0.001
53 SX-R=1 LinRespSpec Max 6.461 0.466 0.170 0.000 0.011 0.001
53 SY-R=1 LinRespSpec Max 1.948 1.553 0.328 0.001 0.004 0.002
54 SX-R=1 LinRespSpec Max 6.434 0.460 0.134 0.000 0.011 0.001
54 SY-R=1 LinRespSpec Max 1.930 1.533 0.040 0.001 0.003 0.002
55 SX-R=1 LinRespSpec Max 6.438 0.466 0.162 0.000 0.011 0.001
55 SY-R=1 LinRespSpec Max 1.942 1.553 0.324 0.001 0.003 0.002
56 SX-R=1 LinRespSpec Max 6.440 0.468 0.163 0.000 0.011 0.001
56 SY-R=1 LinRespSpec Max 1.942 1.559 0.323 0.001 0.003 0.002
57 SX-R=1 LinRespSpec Max 6.436 0.462 0.128 0.000 0.011 0.001
57 SY-R=1 LinRespSpec Max 1.931 1.539 0.038 0.001 0.003 0.002
58 SX-R=1 LinRespSpec Max 6.463 0.468 0.157 0.000 0.011 0.001
58 SY-R=1 LinRespSpec Max 1.948 1.559 0.327 0.001 0.003 0.002 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
129
4.7.2. Desplazamientos en el Link con Aislador.
Tabla 24:Desplazamientos en los apoyos con el uso del aislador
Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text Text cm cm cm Radians Radians Radians
36 SX-R=1 LinRespSpec Max 15.655 4.548 0.002 0.000 0.000 0.000
36 SY-R=1 LinRespSpec Max 4.697 15.161 0.002 0.001 0.000 0.000
37 SX-R=1 LinRespSpec Max 15.652 4.544 0.002 0.000 0.000 0.000
37 SY-R=1 LinRespSpec Max 4.696 15.148 0.002 0.001 0.000 0.000
42 SX-R=1 LinRespSpec Max 15.655 4.548 0.072 0.000 0.000 0.000
42 SY-R=1 LinRespSpec Max 4.698 15.160 0.240 0.001 0.001 0.000
43 SX-R=1 LinRespSpec Max 15.652 4.544 0.074 0.000 0.000 0.000
43 SY-R=1 LinRespSpec Max 4.699 15.147 0.247 0.001 0.001 0.000
48 SX-R=1 LinRespSpec Max 15.655 4.548 0.072 0.000 0.000 0.000
48 SY-R=1 LinRespSpec Max 4.698 15.160 0.240 0.001 0.001 0.000
49 SX-R=1 LinRespSpec Max 15.652 4.544 0.074 0.000 0.000 0.000
49 SY-R=1 LinRespSpec Max 4.699 15.147 0.246 0.001 0.001 0.000
53 SX-R=1 LinRespSpec Max 2.096 0.291 0.050 0.000 0.003 0.000
53 SY-R=1 LinRespSpec Max 0.629 0.972 0.105 0.000 0.001 0.000
54 SX-R=1 LinRespSpec Max 2.088 0.290 0.038 0.000 0.003 0.000
54 SY-R=1 LinRespSpec Max 0.626 0.966 0.012 0.000 0.001 0.000
55 SX-R=1 LinRespSpec Max 2.085 0.292 0.050 0.000 0.003 0.000
55 SY-R=1 LinRespSpec Max 0.625 0.972 0.105 0.000 0.001 0.000
56 SX-R=1 LinRespSpec Max 2.085 0.292 0.050 0.000 0.003 0.000
56 SY-R=1 LinRespSpec Max 0.625 0.972 0.105 0.000 0.001 0.000
57 SX-R=1 LinRespSpec Max 2.088 0.290 0.038 0.000 0.003 0.000
57 SY-R=1 LinRespSpec Max 0.626 0.966 0.012 0.000 0.001 0.000
58 SX-R=1 LinRespSpec Max 2.096 0.291 0.050 0.000 0.003 0.000
58 SY-R=1 LinRespSpec Max 0.629 0.972 0.105 0.000 0.001 0.000
130
4.8. Análisis de PUSHOVER
Ilustración 133:Deformed Shape (PUSHOVER X1) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 134: Deformed Shape (PUSHOVER X3) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
131
Ilustración 135: Deformed Shape (PUSHOVER X10). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 136: Deformed Shape (PUSHOVER X12). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
132
Ilustración 137: Grafica Momento vs Rotación Plástica 4H2. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 138: Grafica Momento vs Rotación Plástica 3H2. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
133
Ilustración 139: Grafica Momento vs Rotación Plástica 4H1. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 140: Grafica Momento vs Rotación Plástica 3H1. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
134
Ilustración 141: Punto de desempeño en el sentido Y. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 142: Deformed Shape (Pushover Y). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
135
Ilustración 143: Deformed Shape (Pushover Y 6) Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 144: Deformed Shape (Pushover Y 16). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
136
Ilustración 145: Deformed Shape (Pushover Y 3). Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 146: Grafica Momento vs Rotación Plástica 4H2. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
137
Ilustración 147: Grafica Momento vs Rotación Plástica 3H2. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Ilustración 148: Punto de desempeño en el sentido X. Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
138
4.9. Análisis Comparativo
La inserción de los aisladores cónicos de fricción al modelo del puente produjo un
aumento significativo en los periodos de la estructura, tal como se detalla a
continuación:
Tabla 25: Comparación de Periodos.
Modo Periodo
Sin Aislador Con Aislador
1 0,539 3,393
2 0,529 3,380
3 0,446 2,832 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
En los desplazamientos correspondientes a la superestructura también se notó un
aumento significativo debido a la inserción de los aisladores en el modelo estructural
al aplicar los casos de carga sísmica a la estructura
Tabla 26: Cuadro comparativo de desplazamiento en la superestructura.
Joint Case SIN AISLADOR CON AISLADOR
U1 U2 U3 U1 U2 U3
36 SX-R=1 7,44 0,78 0,08 15,66 4,55 0,00
37 SX-R=1 7,31 0,78 0,09 15,65 4,54 0,00
42 SX-R=1 7,45 0,77 0,28 15,66 4,55 0,07
43 SX-R=1 7,31 0,77 0,27 15,65 4,54 0,07
48 SX-R=1 7,43 0,77 0,27 15,66 4,55 0,07
49 SX-R=1 7,30 0,77 0,26 15,65 4,54 0,07
36 SY-R=1 2,23 2,59 0,03 4,70 15,16 0,00
37 SY-R=1 2,19 2,61 0,03 4,70 15,15 0,00
42 SY-R=1 2,25 2,56 0,88 4,70 15,16 0,24
43 SY-R=1 2,21 2,58 0,85 4,70 15,15 0,25
48 SY-R=1 2,24 2,56 0,86 4,70 15,16 0,24
49 SY-R=1 2,21 2,58 0,83 4,70 15,15 0,25 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
De la misma manera se hubo una variación en los desplazamientos
correspondientes a la subestructura, esta vez los desplazamientos se redujeron
139
debido a la inserción de los aisladores sísmicos
Tabla 27: Cuadro comparativo de desplazamiento en la superestructura.
Joint Case SIN AISLADOR CON AISLADOR
U1 U2 U3 U1 U2 U3
15 SX-R=1 6,43 0,45 0,05 2,09 0,29 0,02
15 SY-R=1 1,93 1,51 0,16 0,63 0,97 0,06
17 SX-R=1 6,41 0,45 0,05 2,08 0,29 0,02
17 SY-R=1 1,93 1,51 0,16 0,62 0,97 0,06 Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Debido a la incorporación de los aisladores el periodo aumento drásticamente,
dicho efecto hace que la fuerza sísmica transmitida a los elementos estructurales que
componen la subestructura sea menor, tal y como se muestra en las siguientes tablas
comparativas de las demandas máximas resultante de las combinaciones de carga
que establece la normativa AASHTO LRFD
Tabla 28: Comparación de fuerzas en la viga cabezal
VIGA CABEZAL
FUERZAS
DEMANDA
REDUCCIÓN SIN AISLADOR
CON AISLADOR
Momento Flector (Ton-m) 835,04 76,54 90,8%
Fuerza Cortante (Ton) 1237,33 470,77 62,0%
Torsión (Ton-m) 160,64 19,77 87,7% Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Tabla 29: Comparación de fuerzas en la columna derecha
PILA DERECHA
FUERZAS
DEMANDA
REDUCCIÓN SIN AISLADOR
CON AISLADOR
Momento Flector (Ton-m) 828,18 221,86 73,2%
Fuerza Cortante (Ton) 117,52 32,08 72,7%
Carga Axial (Ton) 676,98 600 11,4%
Torsión (Ton-m) 10,37 0,04 99,6% Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
140
Tabla 30: Comparación de fuerzas en la columna izquierda
PILA IZQUIERDA
FUERZAS DEMANDA
REDUCCIÓN SIN AISLADOR
CON AISLADOR
Momento Flector (Ton-m) 821,68 220,67 73,1%
Fuerza Cortante (Ton) 118,98 32,25 72,9%
Carga Axial (Ton) 649,41 522,16 19,6%
Torsión (Ton-m) 8,47 0,65 92,3% Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Tabla 31: Comparación de fuerzas en el pilote
PILOTE
FUERZAS
DEMANDA
REDUCCIÓN SIN AISLADOR
CON AISLADOR
Momento Flector (Ton-m) 301,89 275,17 8,9%
Fuerza Cortante (Ton) 111,71 107,2 4,0%
Carga Axial (Ton) 834,32 596,7 28,5%
Torsión (Ton-m) 2,27 0,05 97,8% Elaborado por: Manuel García – Pedro Sandoya.
Al analizar la subestructura del puente mediante el análisis estático no lineal
(PUSHOVER), se obtuvo un punto de desempeño igual a 2.95cm en el sentido
transversal y de 15.45cm en el sentido longitudinal, mismo que se encuentran dentro
del rango “Seguridad de vida” que establece el ATC-40
141
CAPÍTULO V
Conclusiones y Recomendaciones
5.1. Conclusiones
Del análisis estructural en el software SAP2000 se pudo conocer la respuesta de
la pila de estudio ubicada en el eje P5 con y sin aislador sísmico frente a la acción
sísmica, determinando que el comportamiento es similar, pero con una menor
participación de la subestructura en el modelo con aislador sísmico.
Se obtuvieron las cortantes, momentos flectores, momentos torsores del orden
esperado en los componentes de la subestructura para el puente sin aislador sísmico,
que corresponden a las combinaciones de carga establecidas en la especificación
AASHTO LRFD (2017), y con las cuales se verificaron los armados implementados
en la viga cabezal, pilas y pilotes, a su vez obtuvieron los desplazamientos en la
subestructura y superestructura en el eje P5, mediante el método espectral
multimodal. Se concluye, que al implementar los aisladores hay la existencia de las
reducciones en los desplazamientos sobre la subestructura; pero en la
superestructura el desplazamiento es incrementado, esto por las disipaciones de
energías que se presenta en los aisladores.
Para establecer la factibilidad del uso de los aisladores cónicos de fricción, se tomó
en cuenta lo siguiente:
La subestructura del puente con aislador símico reduce el desplazamiento
en 67% en un sismo longitudinal y el 35% en un sismo transversal.
La superestructura del puente, con aislador símico, se incrementa el
desplazamiento en 210% en un sismo longitudinal y el 587% en un sismo
transversal.
142
Las demandas en los componentes de la subestructura se reducen
alrededor del 70%.
Por dichos factores es viable la implementación el uso de los aisladores cónicos de
fricción ya que se reduce considerablemente los efectos productos de las acciones
de carga considerada y los desplazamientos cumplen con los requisitos provisto es la
normativa local vigente.
En el análisis por desempeño se consideró los sismos elásticos de diseño escalado
para un periodo de retorno de 2500 años correspondiente a un nivel de desempeño
“Seguridad de vida” definido por ATC-40, se obtuvieron desplazamientos dentro de
los límites establecidos por la misma normativa.
5.2. Recomendaciones
Se recomienda sin duda alguna el uso de aisladores sísmicos para puentes
compuestos por estructura metálica y de concreto armado, ya que reduce
drásticamente los desplazamientos generados longitudinal y transversalmente en la
subestructura, de un puente sísmicamente aislado, frente a un puente convencional.
Se recomienda realizar un rediseño de los elementos estructurales frente a las
nuevas demandas de fuerzas en los elementos que componen la subestructura a fin
de establecer la magnitud de la reducción en el coste de la obra.
Se recomienda realizar un análisis tiempo-historia con la implementación de
aisladores de diferente tipología y obtener valores comparativos entre los mismos
para determinar la magnitud de los desplazamientos frente a la recurrencia de estos
posibles sismos.
Se recomienda realizar un análisis que considere la interacción suelo-estructura a
143
fin de verificar los desplazamientos y el diseño de los pilotes frente a los efectos de
sitio que ocurren durante la acción sísmica.
Se recomienda realizar un análisis estático no lineal (PUSHOVER) con registros
de sismos pasados y verificar el desempeño de la subestructura para dichos sismos,
escalados para diferentes periodos de retorno.
Se recomienda que, para la aplicación de estos dispositivos de aislación, en la
construcción de deberán de proveer de juntas especiales que permitan los
desplazamientos en ambos sentidos para los tramos correspondientes.
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Proceedings of the Seventh European Conference on Numerical Methods.
Taboda Petersen, C.F. (10 de 01 de 2018). Influencia de la carga de viento en puente.
FICHA DE REGISTRO DE TRABAJO DE TITULACIÓN
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO:
Análisis del comportamiento de una pila tipo con aislador y sin aislador sísmico,
aplicado para un puente ubicado en la ciudad de Guayaquil, provincia del
Guayas, mediante el uso asistido de software de análisis estructural.
AUTOR(ES) Manuel Enrique García Laborda – Pedro Joel Sandoya Galarza
REVISOR(ES)/TUTOR(ES) Ing. Adalberto Vizconde Campos, M.Sc / Ing. Pablo Lindao Tomala, M.Sc
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:
GRADO OBTENIDO: Ingeniero Civil
FECHA DE PUBLICACIÓN: Octubre, 2020 No. DE PÁGINAS: 143 ÁREAS TEMÁTICAS: Análisis comparativo de una pila tipo de un puente con y sin aislador sísmico
PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS: < ANALISIS – COMPARATIVO – SUBESTRUCTURA - SUPERESTRUCTURA AISLADORES – DESPLAZAMIENTOS - SISMICA >
RESUMEN/ABSTRACT: Propósito y método de estudio: En este trabajo el propósito general es realizar un análisis
comparativo de la respuesta sísmica de una pila tipo de un puente viga-losa con diseño convencional y otro utilizando
aisladores sísmicos en los apoyos de las vigas, ubicado en la ciudad de Guayaquil. La superestructura se compone de
vigas metálicas tipo matiere simplemente apoyado sobre estribos y pilares, la sub estructura tiene una configuración
de pórtico de concreto armado, conformado por dos columnas circulares unidas en la parte superior por una viga
cabezal y en la parte inferior por una zapata. Sé realizará la comparación de la respuesta sísmica de la pila con y sin
aislador sísmico, con el diseño preliminar de la superestructura y subestructura, siguiendo los lineamientos de la
AASHTO LRFD 2017. Para el análisis sísmico también se usará la normativa actual vigente en el Ecuador NEC-SE-DS-
2015.Para el análisis estructural del puente propuesto, se empleará el software de análisis estructural SAP2000
v21.1.1 ultímate. Posteriormente como parte de los resultados finales se realizará un cuadro comparativo en donde
se denoten las diferencias del desempeño, comportamiento y fuerzas generadas en una estructura aislada y una no
aislada sísmicamente.
ADJUNTO PDF: x SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono: 0989301254 - 0982268199
E-mail: [email protected] – [email protected]
CONTACTO CON LA INSTITUCIÓN:
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