Doc Importaaaanteee

11er Curso Internacional

Diseo Especializado de

Puentes

DISEO Y AISLAMIENTO SSMICO DE PUENTES

Roberto Gmez Martnez

INSTITUTO DE INGENIERA-UNAM

Sucre, Bolivia, 2009

PERSPECTIVA HISTRICA (1/2)

1931 (AASHO) Primer cdigo de diseo de

puentes

1941, 1943, 1944 y 1949 (AASHO) Cdigos para diseo de puentes

que slo hacen mencin a las

cargas ssmicas

1940 (CALTRANS) Primer cdigo de diseo de

puentes

1943 (CALTRANS) Ya se incluyen normas para

definicin de cargas ssmicas

1971 (SEAOC) Se definen fuerzas ssmicas mas

severas.

Espectro ARS

2PERSPECTIVA HISTRICA (2/2)

1982 (ATC-6) Gua para el diseo ssmico de

puentes

1983 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como una gua

1991 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como una

especificacin estndar

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

especificaciones estndar

1996 (CFE) Manual de Obras Civiles.

Captulo de Diseo por Sismo.

Puentes

FILOSOFA DE DISEO SSMICO

AASHTO 1992 (ATC-6)

a).- Sismo de diseo-riesgo uniforme

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

probabilidad de excedencia en dife-

rentes regiones

**10% de probabilidad de excedencia en

50 aos (Tr = 500 aos)

** 15% de probabilidad de excedencia en

75 aos (Tr = 500 aos)

3FILOSOFA DE DISEO SSMICO

AASHTO 1992 (ATC-6)

Expectativas de comportamiento:

- Los sismos pequeos y moderados se debern

resistir en el rango de comportamiento elstico, sin

que se produzca dao significativo

- Los procedimientos de diseo debern utilizar

fuerzas e intensidades realistas de movimientos

ssmicos

- Bajo un sismo fuerte, no deber ocurrir el colapso

ni parcial ni total. De preferencia el dao que ocurra

deber ser fcilmente identificable y de fcil acceso

para ser reparado.

FILOSOFA DE DISEO SSMICO

AASHTO 1992 (ATC-6)

Conceptos bsicos para el diseo ssmico:

- Se debe minimizar el riesgo de prdidas humanas

- Se debe preservar el funcionamiento de los puentes

esenciales

- Los movimientos ssmico que se utilicen para el

diseo debern tener una baja probabilidad de ser

excedidos durante la vida til del puente

4FILOSOFAS ACTUALES DE DISEO

SSMICO (2009)

--- Estados lmite

--- Nivel de comportamiento

FILOSOFA DE NIVELES DE COMPORTAMIENTO

a).- Nivel de servicio

b).- Nivel de prevencin de colapso

5Asentamiento y agrietamiento en vas de acceso

DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR

SISMO


SISMO

6DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR

SISMO

Agrietamiento de pilotes y cabezales


SISMO

Agrietamiento de pilotes y cabezales

7Falla de elementos

diseados para

restringir movimientos

laterales

Falla de elementos

diseados para


laterales

8Falla de elementos

diseados para


laterales


SISMO (Mxico)

- Asentamiento y agrietamiento en los accesos.

- Asentamiento de pilotes.

- Agrietamiento en pilas.

- Agrietamiento de cabezales.

- Falla de elementos diseados para restringir

movimientos laterales.

9Kobe, Japn, 1995

ANALISIS SSMICO

Anlisis esttico

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

fi = factor de importancia.1.5fc = factor de comportamiento ssmico

fs = factor de tipo de terreno

fz = factor de zona

W = peso

10

ZONIFICACIN SSMICA DE MEXICO

ELECCIN DEL TIPO DE ANLISIS

MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS

MTODO DE ANLISIS ESTTICO

MTODO DE ANLISIS DINMICO (modal y paso a

paso)

MTODO DE ANLISIS ESTTICO NO LINEAL

11

EL MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS SOLO ES APLICABLE A PUENTES REGULARES

LOS PUENTES QUE POSEAN UN CIERTO GRADO DE IRREGULARIDAD SE ANALIZARN CON EL MTODO ESTTICO

LOS PUENTES AN MS IRREGULARES Y LOS PUENTES ESPECIALES, SE ANALIZARN CON EL MTODO DINMICO

MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS

SE APLICA EN PUENTES QUE CUMPLAN CON LOS

SIGUIENTES REQUISITOS:

a) QUE TENGAN DOS O MS CLAROS O TRAMOS.

b) QUE SEAN RECTOS Y QUE LA LONGITUD DE SUS

TRAMOS SEA MUY PARECIDA.

12

c) QUE SE PUEDA SUPONER QUE LOS MARCOS

DEL PUENTE TRABAJAN DE MANERA

INDEPENDIENTE, TANTO EN SENTIDO

LONGITUDINAL COMO TRANSVERSAL

d) QUE SUS CLAROS SEAN MENORES DE 40

METROS Y EL ANCHO DE LA CALZADA SEA

MENOR DE 30 METROS

MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)

MTODOLOGA:

1. SE ELIGE EL MARCO A DISEAR

2. SE OBTIENE LA MASA TRIBUTARIA CORRESPONDIENTE

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


13

Factores que

afectan la rigidez

lateral

Rigidez lateral relativa

Tipo de componente Muy flexible Muy rgida

Longitud total del

puente

Ancho total del

puente

Tipo de estructura

Continuidad

Geometra en

planta

Viga cajn continua

Viga T continua con

diafragmas

Viga T continua sin

diafragmas

Viga T simplemente

apoyada con diafragmas

Viga T simplemente

apoyada sin diafragmas

______

_____

_______

____

___

RIGIDEZ- SUPERESTRUCTURA

Superestructura

RIGIDEZ

SUPERESTRUCTURA

Carga puntual al centro del

claro:

Carga uniforme:

)1(

483

L

EIK s

)8.01(5

3843

L

EIK s

14

Factores que

afectan la rigidez

lateral



Dimensiones

fsicas

Tipo de apoyo

Propiedades de

los materiales

Placa deslizante con

topes laterales

Placa deslizante sin

topes laterales

Apoyo elastomrico

Llave de cortante

___

___

___________

___

RIGIDEZ EN

LOS APOYOSApoyos

RIGIDEZ EN

LOS APOYOS

Elastomrico:

Deslizante: Muy alta,

inicialmente, despus cero

Cazoleta: Muy alta

Gr: Mdulo de cortante del

elastmero

Ar: rea transversal del elastmero

Tr: Espesor total del elastmero

r

rr

T

AGK

15

Factores que

afectan la rigidez

lateral



Altura

Propiedades de la

seccin

Condiciones y tipo

de la estructura

Una columna

Varias columnas

Muro estructural

_______

__________

______

RIGIDEZ

SUBESTRUCTURASubestructura

RIGIDEZ

SUBESTRUCTURA

Una columna

Extremos empotrado-

empotrado:

Extremos empotrado-

articulado:

3

12

h

EIK c

3

3

h

EIK c

16

Varias columnas

Extremos empotrados-

empotrados:

Extremos empotrados-

articulados:

Muros

h: Altura de la columna o del muro

n: Nmero de columnas en cada

direccin

3

12

h

nEIK c

3

3

h

nEIK c

Notas

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

2. Si las columnas no estn empotradas ni articuladas, pero forman un marco, se usar la distribucin de momentos que se forma para el clculo de la rigidez.

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

17

Factores que

afectan la rigidez

lateral



Profundidad

efectiva

Propiedades de

la seccin

Tipo de

estructura

Condiciones del

suelo

Zapata en suelo duro

o en roca

Pilotes inclinados

Pilotes verticales

Zapata corrida en

suelo blando

___

________

_________

_____

CIMENTACIN

Cimentacin

4. SE OBTIENE EL PERIODO FUNDAMENTAL DE

VIBRACIN

5. SE CALCULA EL VALOR DE c CORRESPONDIENTE

AL PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIN Y SE

DEFINE EL FACTOR DE DUCTILIDAD Q DEL

MARCO


gK

WT 2

18

Espectros de diseo para estructuras del

grupo B

Zona

ssmica

Tipo de

sueloao c Ta Tb r

A I

II

II

0.02

0.04

0.05

0.08

0.16

0.20

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

2.9

1/2

2/3

1

B I

II

III

0.04

0.08

0.10

0.14

0.30

0.36

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

2.9

1/2

2/3

1

C I

II

II

0.36

0.64

0.64

0.36

0.64

0.64

0.0

0.0

0.0

0.6

1.4

1.9

1/2

2/3

1

D I

II

III

0.50

0.86

0.86

0.50

0.86

0.86

0.0

0.0

0.0

0.6

1.2

1.7

1/2

2/3

1

ssmico eCoeficient

Exponente

segundosen inters, de natural Periodo

terrenodeln aceleraci de eCoeficient

si ;

si ;

si ;)(

c

r

T

a

TTT

Tca

TTTca

TTT

Tacaa

o

b

rb

ba

aa

oo

19

6. LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE

OBTIENE CON

DONDE W ES EL PESO DE LA MASA TRIBUTARIA


WQ

cE

KL = Rigidez en la direccin longitudinal

ML = Masa total de la superestructura

MODELO EQUIVALENTE PARA ANLISIS LONGITUDINAL


20

KT = Rigidez equivalente en la direccin transversal

MT = Masa equivalente de la superestructura en la

direccin transversal

MODELO EQUIVALENTE PARA ANLISIS TRANSVERSAL


IDEALIZACIN DEL PESO/MASA


21

MTODO DE ANLISIS ESTTICO

ESTE MTODO SER APLICABLE AL ANLISIS

DE AQULLOS PUENTES QUE CUMPLAN CON

LOS SIGUIENTES REQUISITOS:

a) QUE TENGAN DOS O MS CLAROS O TRAMOS

b) QUE SEAN RECTOS O ALOJADOS EN CURVAS

HORIZONTALES DE POCO GRADO

c) QUE LA LONGITUD DE SUS TRAMOS SEA MUY PARECIDA

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

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

MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)

22

LA APLICACIN DE ESTE MTODO SE LLEVA A CABO DE LA SIGUIENTE MANERA:

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

2. SE OBTIENEN LOS DESPLAZAMIENTOS Y ELEMENTOS MECNICOS RESULTANTES DE LA APLICACIN DE LA CARGA UNIFORME



23

MTODO DE LA CARGA UNIFORME

3. CON BASE EN LOS DESPLAZAMIENTOS

CALCULADOS EN EL PASO ANTERIOR SE

ESCALA EL VALOR DE LA CARGA UNIFORME

PARA QUE PRODUZCA UN DESPLAZAMIENTO

HORIZONTAL MXIMO DE UN CENTMETRO EN

LA ESTRUCTURA

4. SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL TOTAL DE LA

ESTRUCTURA MULTIPLICANDO LA LONGITUD

POR EL NUEVO VALOR DE LA CARGA UNIFORME


24

5. SE CALCULA LA CARGA MUERTA TOTAL DE LA

ESTRUCTURA

6. SE DETERMINA EL PERODO NATURAL DE

VIBRACIN

7. SE CALCULA EL VALOR DE c

CORRESPONDIENTE AL PERIODO

FUNDAMENTAL DE VIBRACIN Y SE DEFINE EL

FACTOR DE DUCTILIDAD Q DE LA ESTRUCTURA

gK

WT 2


8. LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE

OBTIENE CON:

DONDE W ES EL PESO DE LA CARGA MUERTA

TOTAL

9. LA FUERZA E SE TRANSFORMA EN UNA CARGA

UNIFORME EQUIVALENTE

WQ

cE


25

EFECTOS BIDIRECCIONALES

LOS EFECTOS DE AMBAS COMPONENTES

HORIZONTALES DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO

SE COMBINARN TOMANDO, EN CADA DIRECCIN

QUE SE ANALICE EL PUENTE, EL 100% DE LOS

EFECTOS DE LA COMPONENTE QUE OBRA EN ESA

DIRECCIN Y EL 30% DE LOS EFECTOS DE LA QUE

OBRA PERPENDICULARMENTE EN ELLA, CON LOS

SIGNOS QUE PARA CADA CONCEPTO RESULTEN

MS DESFAVORABLES


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

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

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

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



26

MTODOS DE ANLISIS DINMICO

CUANDO NO SE SATISFAGAN LOS REQUISITOS

PARA APLICAR CUALQUIERA DE LOS MTODOS

DE ANLISIS ESTTICO, SE EMPLEARN LOS

SIGUIENTES MTODOS DE ANLISIS DINMICO:

ANLISIS MODAL

ANLISIS POR INTEGRACIN PASO A PASO

ANLISIS MODAL

LA PARTICIPACIN DE CADA MODO NATURAL DE

VIBRACIN EN LAS FUERZAS QUE ACTAN SOBRE

LA ESTRUCTURA SE DEFINIR CON BASE EN LAS

ACELERACIONES ESPECTRALES DE DISEO

REDUCIDAS

27

LAS RESPUESTAS MODALES S, (DONDE S, PUEDE

SER FUERZA CORTANTE, FUERZA AXIAL,

DESPLAZAMIENTO LATERAL, MOMENTO

FLEXIONANTE, ETC.), SE COMBINARN PARA

CALCULAR LAS RESPUESTAS TOTALES S DE

ACUERDO CON LA EXPRESIN:

2/1

1

2

n

i

isS

ANLISIS MODAL (cont)

ANLISIS PASO A PASO

SI SE EMPLEA ESTE MTODO, PODR ACUDIRSE A

ACELEROGRAMAS DE TEMBLORES REALES O DE

MOVIMIENTOS SIMULADOS, O COMBINADOS DE

STOS.

AL MENOS 4 HISTORIAS DE TEMBLORES SIMULADOS

EN CADA DIRECCIN DE ANLISIS.

28

ANLISIS ESTTICO NO LINEAL

LA CARGA GRAVITACIONAL ES CONSTANTE Y SE

APLICAN CARGAS LATERALES MONTONAS

CRECIENTES.

SE MIDE LA CAPACIDAD DE D ESPLAZAMIENTO DE

UN PUENTE AL LLEGAR AL MECANISMO DE

COLAPSO


CUALQUIERA QUE SEA EL MTODO DE ANLISIS DINMICO QUE SE EMPLEE, LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS HORIZONTALES DEL TERRENO EN DIRECCIONES ORTOGONALES, SE COMBINARN COMO SE ESPECIFICA EN RELACIN CON EL MTODO DE ANLISIS ESTTICO

29

ESTADOS LMITE DE SERVICIO

ADEMS DEL CLCULO DE LAS LONGITUDES DE

APOYO Y HOLGURAS PARA TENER EN CUENTA LOS

EFECTOS POR CAMBIOS DE TEMPERATURA,

FLUENCIA Y CONTRACCIN DEL CONCRETO, SE

DEBEN CALCULAR LOS LONGITUDES DE APOYO

PARA TOMAR EN CUENTA LOS EFECTOS DEL SISMO.

LONGITUD DE APOYO

LA LONGITUD MNIMA DE APOYO D, EN MILMETROS,

DE LAS TRABES O TABLEROS SOBRE LA

SUBESTRUCTURA SE CALCULAR COMO SIGUE:

HLD 35.808.2254

30

DONDE L ES:

La longitud, en metros, entre dos apoyos adyacentes

o la longitud entre el apoyo y la junta de expansin

ms cercana

o la suma de las longitudes a los lados de una

articulacin dentro de un claro

DONDE H ES :

La altura de la pila, en metros, cuando est formada

por una o varias columnas

La altura promedio de las columnas o pilas ms

cercanas, si se trata de una junta de expansin ms

cercana que soporta la superestructura, si se trata

de un estribo

H=0 para puentes de un solo tramo

31

MOVIMIENTOS RELATIVOS

ADEMS DE LOS EFECTOS ANTERIORES, LOS

PUENTES DEBEN SER DISEADOS PARA SOPORTAR

LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS RELATIVOS

OCASIONADOS POR LOS MISMOS MOVIMIENTOS

SSMICOS O POR FALLAS DEL TERRENO

Variabilidad espacial..

yR

z

SFFrL

EAtM

/

DISEO DE TOPES LATERALES

yR

z

SFFrL

EAtM

/yR

z

SFFrL

EAtM

/yR

z

SFFrL

EAtM

/

FUERZA SSMICA ACTUANDO EN EL TOPE =

( Carga muerta tributaria de la superestructura, correspondiente

al tope en cuestin )

x

( aceleracin del espectro de diseo correspondiente al periodo

fundamental del puente )

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

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

32

INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA

Como una aproximacin a los efectos de la

interaccin suelo-estructura ser valido incrementar el

perodo fundamental de vibracin y los

desplazamientos calculados en el puente bajo la

hiptesis de que ste se apoya rgidamente en su base

Tipo y geometra de la cimentacin

Terreno o suelo

CIMENTACIONES

Zapatas

Pilotes

Pilas coladas en sitio (pilastrones)

Cilindros

33

CIMENTACIONES CIRCULARES

TIPO DE MOVIMIENTO

Traslacin vertical 4GR/(1-n)

Traslacin horizontal 8GR/(2-n)

Giro de torsin 16GR3/3

Giro de flexin 8GR3/3(1-n)

G = mdulo de rigidez al corte del semi-espacio

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

CIMENTACIONES RECTANGULARES

KR = b K

donde:

= factor de forma

b = factor de desplante

K = coeficiente de rigidez para una cimentacin circular

34


1 2 3 4

1.10

1.05

1.0

FA

CT

OR

D

E

FO

RM

A, 1.15

1.20

Y

X

2B

2L

TRAN

SLAC

IN

HORI

ZONT

AL

(DIR

ECCI

N

X)

TORSIN (EJE Z)

ROTA

CIN

TRANSL

ACIN

HORIZ

ONTAL

(DIRECC

IN Y)

TRAN

SLAC

IN V

ERTIC

AL

(DIRE

CCIN

Z)

GIRO

(EJE

Y)

GIR

O (EJE

X)

Z


0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

9.0

FA

CT

OR

DE

DE

SP

LA

NT

E,

T

RA

NS

LA

CIO

NA

L (

VE

RT

ICA

L Y

HO

RIZ

ON

TA

L)

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

TO

RS

ION

AL

Y R

OT

AC

ION

AL

HO

RIZ

ON

TA

L

US

E E

JE

IZQ

UIE

RD

O

RO

TA

CIO

NA

L

US

E E

JE

DE

RE

CH

O

TO

SIO

NA

L

US

E E

JE

DE

RE

CH

O

VERT

ICAL

USE

EJE

IZQ

UIER

DO

35

Zapata

rectangular

Zapata

circular

equivalente

Radio equivalente

2L

2BD

13

2

R

3

22B

RADIO EQUIVALENTE

BLR

40

4/122

36

)44(4

LBBLR

4/13

23

)4()2(

LBR

4/13

13

)2()2(

LBR

RADIOS EQUIVALENTES

Traslacin

Rotacin

Flexin alrededor de X

Rotacin

Flexin alrededor de X

Torsin

36

equivalenteequivalente equivalente

Sistema

puente-

cimentacin

MODELOS PARA REPRESENTAR LA

RIGIDEZ DE LA CIMENTACIN

H H HH

x

M

H 4

K K

K K

x

xxx

H

M

x

1.- Poulos

2.- Blaney

3.- Kaynia

4.- Gmez

MODELOS DE RESORTES EN LA BASE

37

ESTRIBOS

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

monolticos

Cabezal sobre pilotes o pilas coladas en sitio

Monolticos

38

COMPORTAMIENTO INELSTICO

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

DISPOSISTIVOS REDUCTORES DE LA RESPUESTA SSMICA

DISIPACIN DE ENERGA

SSMICA

DISPOSITIVOS DE

CONTROL PASIVO

DISPOSITIVOS DE

CONTROL ACTIVO

39

CONTROL PASIVO

Disipadores de energa

Aisladores de base

Osciladores resonantes

Puentes aislamiento ssmico

SEAOC (1986)

AASHTO (1994)

AASHTO (2001)

40

Objetivos:

Reducir las fuerzas ssmicas

Reducir el dao

AISLAMIENTO SSMICO

Mecanismo de respuesta de un puente con aisladores

Desplazamiento relativo

Posicin desplazada

Cb

Kb

41

Apoyo elastomrico con centro de plomo

AceroPlomoElastmero

Fy

F1

Fr

F

F1

K1

KO

Kr

Kd

Ku

y

y1

y

Qd

a) Ncleo de plomo

b) Apoyo elastomrico

c) Combinacin

plomo-elastmero

Diagramas idealizados fuerza-desplazamiento

42

Fuerza

cortante

Desplazamiento

Incremento

del ncleo

plomo

Caractersticas fuerza-deflexin por variaciones

en el dimetro del ncleo de plomo

Fuerza

cortante

Desplazamiento

Incremento de

las dimensiones

del elastomero

Caractersticas fuerza-desplazamiento por

variacin de las dimensiones del elastmero

43

Fu

erz

a

Desplazamiento

Comportamiento

Histeretico

n

Fn

Fp

p

keff

Fu

erz

a

Desplazamiento

Comportamiento Viscoelstico

n

Fn

Fp

p

keff

44

Fy

FD

DistorsinDy Dmax

Respuesta

idealizada

Respuesta real

Respuesta del

sistema elstico

Fe

Respuesta estructural del Sistema Inelstico

Fu

erz

a

Apoyo deslizantes

Superficie aislante

45

FILOSOFA DE DISEO

Apoyo

aislado

Pila inelstica

Pila elstica

A

B

Apoyo

aislado

Fy

FD

DistorsinDy Dmax

Respuesta

idealizada

Respuesta real

Respuesta del

sistema elstico

Fe

Respuesta estructural tpica de un sistema inelstico

Fu

erz

a

FACTOR DE COMPORTAMIENTO SSMICO (R)

y

DD

DR max

46

Elementos bsicos:

Apoyo flexible

Amortiguador o disipador de energa

Alta rigidez para niveles de carga de servicio

AISLAMIENTO SSMICO

1 GL

gxmkxxcxm.....

MARCO BIDIMENSIONAL

gx..

47

Espectro de respuesta para diferentes niveles de amortiguamiento

Aceleracin

Periodo

Incremento de amortiguamiento

Aceleracin

Desplazamiento

Periodo

Periodo

Curva idealizada del

espectro de respuesta

de aceleraciones

Curva idealizada del

espectro de respuesta de

desplazamientos

Cambio de periodo

Cambio de periodo

48

AISLAMIENTO SISMICO

Puente Infiernillo

Longitud total: 515 m

Ancho total : 18m

5 claros simplemente apoyados

Longitud de las armaduras: 102 m

Peso de cada armadura: 1500t

Columnas de concreto

Cimentacin profunda

(cilindros y pilotes)

Puente Infiernillo

49

ZONIFICACIN SSMICA DE MEXICO

50

Perno de

cortante

Bloque movil

de apoyo

Placa base

Disco de

Poliuretano

Resorte MER

Caja gua

Placa de reaccin

Disco de PTFE

Superficies de

contacto

AISLADOR SISMICO

51

Trabe

Superficie de TFE

Placa de deslizamiento

Placa de reaccin

Bloque de apoyo

Placa de reaccinPlaca de mampostera

Regulador de energa de masa

AISLADOR SISMICO

Aislador ssmico

52

Modelo bilineal de histresis

EDC

max-

Qd

Fy

Fmax+

-Fmax

y max+

Ku

Kd

Keff Ku

Desplazamiento

(mm)

Fuerza

(t)

AISLAMIENTO SSMICO

Caractersticas del sistema:

np

np

eff

FFk

)2

12

ieff dk

DCAreaTotalEx

b

53

AISLAMIENTO SSMICO

Pruebas requeridas en el reglamento:

1. Pruebas de caracterizacin del aislador

2. Pruebas del prototipo

3. Pruebas de control de calidad

Pruebas de laboratorio, MCEER, Universidad Estatal de

New York

54

Prueba de un aislador ssmico; carga lateral y vertical

Prueba de un aislador ssmico; carga lateral y vertical

55

Prueba combinada compresin y cortante.

Aislador SsmicoF

uerz

ala

tera

l (K

ips)

Desplazamiento lateral (pulgadas)

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS COMBINADAS DE

COMPRESIN Y CORTANTE DE 4 AISLADORES

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

1 802.4 37.8

2 851.9 39.0

3 974.4 41.8

4 825.0 43.7

Promedio 863.4 40.6

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

56

Respuesta carga-desplazamiento del aislador

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

Otras razones

COSTO

EXPERIENCIA

DURABILIDAD

POCO MANTENIMIENTO

PRUEBAS DE LABORATORIO

57

MODELO MATEMTICO

detalle

Masa adherida

Ma = (r p D2)/4

MODELO MATEMTICO

58

ESPECTRO DE DISEO

Elastic Spectrum

Composite Spectrum

for Isolated Bridge

Perido del puente

Sin aisladores

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

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

PERIOD (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

g)

Perido del puente

Con aisladores

Modos estructurales

Con 5% amort. Modos aislados

MOVIMIENTOS DEL TERRENO

(registros ssmicos)

- Proceso estocsticos no

estacionario

- Peridos de recurrencia de 100 y

200 aos

59

1infier001

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1infier002

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1infier003

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

RESPONSE SPECTRUM (5 %)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3PERIOD (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1

2

3

Movimientos artificiales

Acele

raci

n(g

al)

Accele

raci

n(g

al)

Acele

raci

n (

gal)

Acele

raci

n(g

al)

2infier001

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

2infier002

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

2infier003

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30Time (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

RESPONSE SPECTRUM (5 %)

0

200

400

600

800

1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3PERIOD (s)

Ac

ele

rati

on

(c

m/s

2)

1

2

3

Movimientos artificiales (cont.)

Acele

raci

n(g

al)

Acele

raci

n(g

al)

Acele

raci

n(g

al)

Acele

raci

n(g

al)

60

CARACTERSTICAS DE LOS REGISTROS ARTIFICIALES

Tr = 50 aos Tr = 100 aos

IDLongitud

(s)

Aceleracin

mxima

(gals)

Aceleracin

espectral

mxima

(gals)

IDLongitud

(s)

Aceleracin

mxima

(gals)

Aceleracin

espectral

Mxima

(gals)

1infierf001 29.14 72 327 2infier001 25.42 235 848

1infier002 22.42 173 676 2infier002 23.96 174 610

1infier003 24.90 143 406 2infier003 33.06 267 775

Movimientos registrados

RESPONCE SPECTRUM (5 %)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

PERIOD (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

ga

l)

VERTICAL

N75E

N15W

IMPT9701.111 VERTICAL

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 20 40 60 80 100

TIME (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

ga

l)

IMPT9701.111 N75E

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 20 40 60 80 100

TIME (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

ga

l)

IMPT9701.111 N75W

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 20 40 60 80 100

TIME (s)

AC

CE

LE

RA

TIO

N (

gal)

61

ACELEROGRAMAS REGISTRADOS

ID FechaDur.

(s)

Vert..

Acel..

(gals)

E-W.Acel.

(gals)

N - S

Acel.

(gals)

Vert..

Spec.

Acel.

(gals)

E - W

Spec.

Acel.

(gals)

N - S

Spec..

Acel.

(gals)

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

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

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

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

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

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

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

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

HISTORIAS DE DESPLAZAMIENTO

EN NODOS DEL AISLADOR

-0.025

0

0.025

0 5 10 15 20 25Tiempo (s)

De

sp

laza

mie

nto

(m

)

Armadura

Cabezal

Tiempo(s)

Desp

lazam

ien

to (m

)

62

HISTORIAS DE FUERZAS CORTANTES

AISLADOR SSMICO

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 5 10 15 20 25Tiempo (s)

Desp

lazam

ien

to (

m)

Cor Y

Cor X

Tiempo (s)

Fu

erz

aco

rtan

te (

t)

Ciclos de histresis (registros simulados)

PILA 2 PILA 4

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DESPLAZAMIENTO (mm)

CO

RTA

NT

E (

t)

63

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)

SH

EA

R (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)

SH

EA

R (

t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)S

HE

AR

(t)

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

-100 -50 0 50 100

DISPLACEMENT (mm)

SH

EA

R (

t)

Ciclos de histresis (movimientos registrados)

PILA 2 PILA 4

REACCIONES (ANLISIS MULTIMODAL)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2 3 4 5

PILA

Co

rtan

te L

on

git

ud

inal (t

)

SIN AISLADORES

CON AISLADORES

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 3 4 5

PILA

Co

rtan

te T

ran

sv

ers

al (t

) SIN AISLADORESCON AISLADORES

64

REACCIONES NORMALIZADAS (NO LINEAL, DINMICO)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Co

rtan

te (t)

20

0-1

20

0-2

20

0-3

10

0-1

10

0-2

10

0-3

10

0-4

10

0-5

10

0-6

50

-1

50

-2

50

-3

19

/08

/19

85

12

/01

/19

94

PILA 2

PILA 3

PILA 4

PILA 5

SISMO

PILA 2 PILA 3 PILA 4 PILA 5

HISTORIA DE DESPLAZAMIENTOS VERTICALES EN

UN AISLADOR EN LA PILA 4

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 20 40 60 80 100

Tiempo (s)

Desp

lazam

ien

to (

m)

Aislador 9

Aislador 10

Aislador 11

Aislador 12

65

HOLGURAS

B

TAS effi8

g

W2

effkTeff

JUNTAS MODULARES

66

RESULTADOS

(Puente Infiernillo)

Las fuerzas cortantes y momentos flexionantes

disminuyen , comparados con los obtenidos de un

anlisis esttico y modal espectral

Los desplazamientos aumentan en ms de 2 veces su

magnitud, comparados con los obtenidos de un anlisis

esttico o modal espectral

COMENTARIOS FINALES

Los apoyos como los aqu mostrados son fcil de

adaptar al diseo de puentes

La disipacin de energa se concentra en elementos

especialmente diseados para ello

La respuesta del puente depende de las caractersticas

del apoyo y del nmero y posicin de los mismos

Son de fcil mantenimiento

67

Puente Infiernillo

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