Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL PRELIMINAR PUENTE CHILINA PREPARADO POR: FIDEL COPA PINEDA, CIP 37240 AREQUIPA 2009 GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL 1. ANTECEDENTES La ciudad de Arequipa tiene problemas de tráfico debido a que su red vial ha colapsado por la gran cantidad de vehículos que circulan por las calles de nuestra ciudad. Su actual red vial carece de una planificación adecuada debido fundamentalmente a la falta vías principales “troncales” y asimismo la ciudad está dividida geográficamente por un obstáculo natural que atraviesa toda la ciudad dividiéndola en dos, dicho obstáculo natural es el rio Chili, el mismo que actualmente es salvado mediante puentes que atraviesan por el centro histórico y obedecen a un diseño vial de dos siglos atrás, no obstante, dichos puentes son de luces grandes y entre ellos se encuentra: el puente Bolognesi, puente Grau, y puente Bolívar. Mientras que los puentes modernos son de luces menores, como son: el puente Quiñones, puente San Martin, puente San Isidro, y el puente Bajo Grau (que forma parte del puente Grau, uno de ida y otro de vuelta) Para resolver la problemática que se presentó varios años atrás por el crecimiento del parque automotor sin el correspondiente crecimiento de la infraestructura de la red vial, el Gobierno Regional de Arequipa en alianza con la Municipalidad Provincial de Arequipa (MPA) proponen dar una solución integral que permita descongestionar el centro histórico. La congestión vial que actualmente sufre la ciudad, especialmente el centro histórico, causa una contaminación del medio ambiente que es conocido por toda la ciudadanía y también por la UNESCO, este último recomienda resolver esta problemática. La solución tomada fue plantear una nueva vía troncal, que no está contemplada en los planes directores, ya que no existe en la ciudad un vía que atraviese toda la ciudad que conecte las dos partes de la ciudad que fue dividida por el rio Chili. Es así que nace el proyecto denominado por el Sistema Nacional de Inversión Pública (SNIP) como “Vía Troncal Interconectara entre los distritos de Miraflores, Alto Selva Alegre, Yanahuara, Cayma y Cerro Colorado”. Para conectar estos distritos es imprescindible un puente que permita atravesar el valle del rio Chili en la zona denominada Chilina, por ello el puente toma el nombre de Chilina. Es así que este puente se hace importante y necesario para que tengamos una vía troncal que atraviese toda la ciudad y la zona 7km arriba no es adecuada, como algunas autoridades sugerían años atrás, porque tiene que ser lo más cercano al corazón de la ciudad para descongestionar el tráfico. El puente “Chilina” contempla seis carriles, 4 para el transito privado, y 2 para el transito masivo ello en coordinación con los responsables de transportes e infraestructura de la MPA. En el documento se muestra un avance de la memoria de cálculo estructural del “Puente Chilina”, donde se siguió a detalle el Manual de Diseño de Puentes [MTC, 2003] y las especificaciones del AASHTO-LRFD Bridge Design Specifications [AASHTO, 2007]. Para la parte de los aisladores sísmicos se cuenta con asesoramiento de la empresa Chilena Sirve. Además en los estudios de Mecánica de Suelos se están calculando las capacidades portantes del terreno de acuerdo a las ecuaciones del AASHTO-LRFD 2007. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos 2. CONCEPCION ESTRUCTURAL DEL PUENTE 2.1. CARACTERISTICAS DEL PUENTE La concepción estructural del puente Chilina consiste en tres arcos grandes de concreto reforzado, los mismos que soportan los pilares que nacen de dichos arcos y los pilares sirven como apoyo al tablero del puente. El sistema lateral para resistir los sismos (terremotos) está formado por pilares y vigas que forman un marco (pórtico) sismo- resistente con capacidad de disipar la energía sísmica mediante deformaciones inelásticas en las vigas de conexión de los pilares y parte baja de los pilares (cercano a la base). Estos pórticos sismo-resistentes están conectados de forma monolítica al diafragma del tablero del puente, la función de los pórticos sismo-resistentes es absorber la fuerza sísmica en forma íntegra, razón por la cual los pilares nacen en el nivel del terreno con fundaciones capaces de soportar grandes esfuerzos de compresión y tracción, debido al gran momento de volteo que originan los sismos. Para el proceso de análisis y diseño del puente se tuvo en cuenta el proceso de construcción del mismo, ya que es importante conocer todos los estados de carga que se presentan en cada etapa de la construcción. 2.2. CONCEPCION ESTRUCTURAL DE LA SUBESTRUCTURA Es decir la fundación (cimentación) del puente, para ello es conveniente indicar que se ha elaborado un estudio de Mecánica de Suelos de toda la vía, con especial detallado para la zona del puente Chilina, el mismo que se adjunta al expediente. El estudio estuvo a cargo del Dr. Néstor Tupa Fernández (Doctor en Ciencias de la Universidad de Brasilia). Para el estudio se realizaron 4 pozos de exploración comúnmente conocidos como “calicatas” en forma manual y en algunas ocasiones se ha revestido el pozo por razones de seguridad del personal. Además se realizaron los estudios Geológicos a cargo del M.Sc. Pablo Mesa y los estudios de Prospección Geofísica a cargo del M.Sc. Armando Minaya de toda la zona de donde se desplantara el puente. Además, se han contrastado los resultados de la prospección geofísica con las exploraciones realizadas en la zona, donde se alcanzo una profundidad de 25m. Fig. 1 Modelo de la fundación con resortes para tomar en cuenta la rigidez del suelo de la zona GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Nota.- La fundación posee capacidad para soportar los momentos de volteo del puente. En otros apoyos se ha considerado la cimentación aislada con un bloque macizo de concreto ciclópeo de baja resistencia para darle capacidad de resistencia al de deslizamiento. Fig. 2. Vista general del modelo del puente, fundación, y suelo con resortes de rigidez lineal En el modelo analítico del puente, se consideró como apoyos empotrados los extremos del mismo ya que se van utilizar pilotes inclinados hasta la profundidad indicada en los estudios de “Mecánica de Suelos”. Estos pilotes se van apoyar sobre una roca volcánica denominada en nuestro medio como “Sillar” cuya capacidad a compresión es aproximadamente de 8,4MPa (84kg/cm 2 ). Como el problema de la cimentación se complica en los arcos extremos (ver figura 2), ya que el empuje lateral de los arcos debe ser equilibrado por las reacciones del suelo y las fricciones entre los pilotes y el suelo. 2.3. CONCEPCION ESTRUCTURAL DE LA SUPERESTRUCTURA La concepción de la superestructura del “Puente Chilina” radica en la tradición y cultura que tiene la ciudad, por ejemplo tenemos puentes en arco con tímpano relleno de mampostería de sillar que fueron construidos siglos atrás. La característica principal de estos, es que frente a sismos severos ocurridos siglos atrás todavía se mantienen estables, a pesar que sufrieron daños y fueron reforzados mediante inclusión de elementos de concreto reforzado (columnas, vigas, losas, etc) , estosúltimos ha prolongado la vida útil de dichas estructuras. Es así que nace la idea de plantear un puente en base a arcos. Por otro lado antes de trabajar sobre el modelo final se tuvieron otras alternativas que fueron descartadas por diversos especialistas. Se ha elegido un modelo con tres arcos de concreto reforzado, porque de alguna forma representa la forma de los volcanes que son características de la ciudad de Arequipa. La sección transversal de los arcos es tubular tal como se muestra a detalle más adelante. La construcción de este tipo de puentes data desde hace años atrás, sin embargo actualmente se están construyendo en países desarrollados como Estados Unidos, España, etc. Un ejemplo muy claro es el “Hoover Dam Bypass”. En nuestro GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos caso (ver figura 3) no hay un rio grande que atravesar, sino atravesar el valle Chilina ya que el rio tan solo tiene un ancho de 50m como máximo. Otro detalle a considerar es que debajo del “Puente Chilina” existen zonas agrícolas libres donde se puede acceder mediante una vía temporal durante la construcción del puente. Fig. 3. Arcos de concreto reforzado con secciones huecas, columnas y pilares del puente. Como se indicó antes, la estructura principal del puente en base a tres arcos de concreto reforzado tal como se mostró en la figura 3, los mismos que soportan columnas que nacen de dichos arcos y esas columnas sirven de apoyo de las vigas transversales que soportan el tablero del puente. Las estructuras sismo-resistentes son en base a marcos (pórticos) que se ubican en los extremos de los arcos (ver figura 3 y 4). Estos marcos son a base de columnas e vigas poseen un detallado del refuerzo longitudinal y transversal especial para que tengan un comportamiento dúctil, así mismo se ha tratado de tener el mayor grado de hiper-estaticidad posible para que se formen la mayor cantidad de articulaciones plásticas en vigas de conexión y pilares de los marcos sismo- resistente con suficiente capacidad de disipar energía por deformaciones inelásticas. Fig. 4. Vista tridimensional del modelo del “Puente Chilina” 3. ANALISIS ESTRUCTURAL El análisis estructural del “Puente Chilina” se ha elaborado en base al proceso constructivo y las cargas que actúan sobre la estructura durante la vida útil del puente. Se han considerado diversos tipos de cargas, entre ellos: Carga Muerta (DL), carga viva (LL), cargas por efectos de viento (WL), Cargas Sísmicas (EQ), Presiones de Tierra (EH), Cargas por efectos de cambios de temperatura (T), Contracción de fraguado (SK), GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Flujo plástico (CR), etc. Además se ha realizado un análisis no-lineal considerando las etapas de construcción (Staged Bridge Construction) del puente. Para el análisis lineal y no-lineal se utilizó el programa Sap2000 Advanced V14 de Computers & Structures Inc (CSI). Como contamos con licencia de CSI recibimos constantemente asesoramiento por parte de ellos. En el modelo del “Puente Chilina” que se describe aquí se han utilizado dos tipos de elementos: el primero de ellos el tipo “Frame” con que se modeló los 3 arcos, columnas, vigas y pilares y elementos tipo “Shell” que se utilizo para modelar de los muros, cimentaciones y secciones de los tableros. 3.1. MODELO ESTRUCTURAL EN SAP2000 ADVANCED El modelo del puente se creó en la interfaz de Sap2000 y se han utilizado dos tipos de elementos como se describió líneas arriba, el tipo Frame y Shell. Para todos los elementos de concreto se ha utilizado un concreto de 35MPa (350kg/cm 2 ) de resistencia a compresión con un peso especifico de 23.54KN/m 3 (2.40Tnf/m 3 ). Las zapatas de los pilares centrales se han modelado con elementos tipo Shell, los cuales se encuentran apoyados en resortes cuya rigidez se ha calculado considerando las propiedades de los estratos de suelo (estudio de mecánica de suelo) y las velocidades de onda (estudio de prospección geofísica). Fig.4. Modelo tridimensional del “Puente Chilina” con tres arcos, 4 pórticos sismo- resistentes, columnas apoyadas sobre los arcos, y tablero La figura 5 muestra los ejes A y C donde se puede apreciar los arcos, pilares, y columnas del puente; así como la identificación de las grillas que se han utilizado para facilitar la lectura de los datos obtenidos de los diferentes análisis. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 5. Eje A y C del modelo estructural del puente 3.2. CARGAS a.) Cargas Muertas (DL): Conformada por el peso propio de los arcos principales, columnas, pilares y vigas de los pórticos sismo-resistentes, vigas transversales de conexión de los arcos, vigas o trabes de apoyo del tablero, tablero del puente, superficie de rodadura, etc. Para todos los elementos se han utilizado las densidades indicadas en la tabla 1. Tabla 1. Densidad de materiales utilizados [AASHTO-LRFD, 2007] La carga de la superficie de rodadura se tomó como una carga distribuida de un pavimento de 7.50cm de espesor, es decir una carga es 2.40Tnf/m 3 x0.075m = 0.180Tnf/m 2 , que se muestra en color azul en la figura 6. En la zona peatonal se ha considerado una carga distribuida de 0.120Tnf/m 2 (color verde, figura 6). GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 6. Cargas distribuidas de la superficie de rodadura y peatones Como se definieron las propiedades de todas las secciones de acuerdo al tipo de material, entonces el programa internamente calcula el peso del puente y adiciona el peso de la superficie de rodadura mas la carga peatonal, ello se verifico manualmente y se mostraron diferencias del orden de 5%. El peso debido a cargas permanentes fue de 459558KN (46862Tnf). La figura 7 muestra la masa considerada para los análisis. Fig. 7. Masa total (46862KN-s 2 /m) considerada en el modelo del puente b.) Cargas Vivas (LL): Se han determinado siguiendo los procedimientos que indica el “Manual de Diseño de Puentes” [MTC, 2003], el cual se basó en el AASHTO LRFD Bridge Design Specification [AASHTO, 2007]. Número de líneas de diseño: Generalmente el número de líneas de diseño debería ser determinado tomando la parte entera de la relación w/360, donde w, es el ancho de la superficie de rodadura en cm. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 8. Sección transversal del “Puente Chilina” Con ayuda de la figura 8, el ancho de la superficie de rodadura es w = 2280cm, en consecuencia el número de líneas de diseño será 2280/360=6.33, por consiguiente se utilizara 6 líneas de diseño de 3.60m de ancho como se muestra en la figura 9. Fig. 9. Número de líneas de influencia consideradas en el modelo Carga en la línea de diseño: La línea de diseño consistirá de una carga de 9.30KN/m (970kgf/m) uniformemente distribuida en la dirección longitudinal. Transversalmente la carga de la líneade diseño será asumida como uniformemente distribuida sobre un ancho de 3.00m. Los efectos de fuerza de las cargas de las líneas de diseño no estarán sujetas a efectos dinámicos. Vehículos de diseño: Los vehículos de diseño se definieron siguiendo especificaciones del AASHTO-LRFD 2007. 1) El efecto del tándem diseño combinado con el efecto de la línea de carga (línea de diseño). El tándem de diseño consiste en dos ejes de 25kips (110KN) espaciados a 4 pies (1.20m). La línea de diseño consiste en una carga uniforme de 0.64kips/ft GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos (9.30KN/m) distribuida sobre todos los tramos del puente. Esta combinación está identificada en Sap2000 como HL-93M. 2) El efecto de un camión de diseño con espaciamiento variable entre ejes, combinado con el efecto de la línea de carga (carril de carga) de 0.64kips/pie (9.30KN/m). Esta combinación está identificada en Sap2000 como HL-93K. Fig. 10. Camion de diseno HL-93K, Sap 2000 3) Para momentos negativos entre puntos inflexion: 90% del efecto de un tren de carga combinado con el 90% del efecto del carril de carga. El tren de cargas consiste en dos camiones de diseño (ver figura 11) espaciados una distancia mínima de 50' (15m) entre el eje delantero de un camión y el eje posterior del otro camión. La distancia entre los dos ejes de 32kips deberá ser de 14' (4.30m) para cada camión. Los puntos de inflexión se evalúan según la separación entre camiones. Esta combinación está identificada en Sap2000 como HL-93S. Fig. 11. Camión de diseño HL-93S, Sap2000 4) El efecto de diseño de un camión de diseño con espaciamiento fijo entre ejes es usado para cargas de fatiga. Además se debe incluir los efectos dinámicos. Minimum of 50’-0” GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 12. Camion de diseño para cargas de fatiga Frecuencia: La frecuencia de las cargas de fatiga debe ser tomada como el promedio diario de tráfico (ADTTSL) de una línea de carga. Esta frecuencia debe ser aplicada a todos los componentes del puente, inclusive a aquellos localizados bajo líneas que cargan el menor número de camiones. En ausencia de información confiable, una línea de tráfico diario promedio deberá ser tomado como: ������ � � � ���� Donde: ADTT es el número de camiones por día en una dirección, promediado sobre la vida de diseño. ADTTSL numero de camiones por día de una simple línea, promediado sobre la vida de diseño. p puede ser tomado en la Tabla 3.6.1.4.2-1 del AASHTO-LRFD 2007. Investigaciones recientes has mostrado que el promedio diario de tráfico (ADT), incluyendo todos los vehículos, por ejemplos autos y camiones, están físicamente limitados a un valor de 20000 vehículos por línea por día en condiciones normales. Esta limitación al valor del tráfico se debe considerar cuando se estima el ADTT. El ADTT se puede determinar multiplicando el ADT por la fracciones de camiones en el trafico. En lugares de sitios específicos los datos de las fracciones de camiones de tráfico de la Tabla C1 se pueden aplicar para puentes de rutina (Tabla C3.6.1.4.2-1, AASHTO LRFD 2007). GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Para el “Puente Chilina” se utilizara un valor de 0.15, por consiguiente el valor de LDTT será: ���� � 0.15 � ��� � 0.15 � 20000 � 3000 ��� /����� /��� Como el puente tiene 3 carriles por sentido, se utiliza un valor de 0.80 para p, entonces el ADTTSL será: ������ � 0.80 � 3000 � 2400 ��� / ����� /��� Todos los cálculos de carga viva fueron desarrollados en Sap2000 usando el análisis por líneas de influencia. Para el cálculo de los momentos negativos en los apoyos se siguió el esquema que se muestra en la figura 13, y para los momentos positivos el esquema de la figura 14. Fig. 13. Muestra las cargas moviles de acuerdo al AASHTO LRFD 2007 para momentos negativos en el apoyo GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 14. Muestra las cargas moviles de acuerdo al AASHTO LRFD 2007 para momentos positivos en el centro de claro De acuerdo a lo indicado líneas arriba ello se ha cargado el modelo con los tres tipos de vehículos (camiones de diseño) HL-93M, HL-93K, y HL-93S (ver figura 15). Fig. 15. Definicion de vehiculos de diseno en Sap 2000 Efectos dinámicos: Cuando los vehículos pasan a su velocidad de diseño producen vibraciones sobre la estructura y dicha vibración amplifica la carga estática de los vehículos, para considerar ese efecto se utilizaran los factores de amplificación de carga dinámica que indica la tabla 3.6.2.1-1 del ASHTO-LRFD 2007. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fuerza de Frenado BR: Para la fuerza de frenado consideraremos toda la longitud del puente, L=500.0m (1640’-5”). Esta fuerza se tomara el máximo de lo siguiente: a) 25% del camión de diseño: ������� �!� � 0.25"8 # 32 # 32$ � 18.0%��& b) 25% del Tándem diseño: ������� �!� � 0.25"25 # 25$ � 12.5%��& c) 5% del camión de diseño del carril de carga: ������� �!� � 0.05'"8 # 32 # 32$ # 1640.42 � 0.64) � 56.1%��& d) 5% del Tándem de diseño del carril de carga: ������� �!� � 0.05'"25 # 25$ # 1640.42 � 0.64) � 55.0%��& En resumen, la fuerza del caso C se utilizará para los cálculos. Como muestra la figura 15, se utilizaron 6 carriles de carga (líneas) y un factor de 0.65 para Multiple Presence Factors (MPF). ��* + � ,������� �!� -"#����&$"/01$ ��* + � 56.1 � 6 � 0.65 � 218.8%��&"973.4%4$ Se asumirá que esta fuerza actúa horizontalmente a una distancia de 6’-0” (1.80m) por encima de la superficie de rodadura en la dirección longitudinal para causar los efectos de fuerza extrema. La figura 16 muestra la ubicación de la fuerza de frenado del ejemplo anteriormente calculado. Fig. 16. Ejemplo de un camión de diseño (HL-93M o HL-93K) con la altura de la fuerza de frenado 218.8kips GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos c.) Cargas de viento (WL y WS): 1. Presión horizontal de viento: Las presiones especificadas en el AASHTO-LRFD2007 asumen que son causadas por una velocidad de diseño del viento, VB, de 160km/h. Las cargas de viento se asumen como uniformemente distribuidas sobre el área expuesta al viento. El área expuesta es la suma de las áreas de todos los componentes, incluyendo los sistemas de piso y barandas que se vería en una elevación perpendicular a la dirección asumida del viento. Esta dirección puede ser variada para determinar los efectos extremos de dichas fuerzas sobre la estructura y sus componentes. Las áreas que no contribuyen al efecto de fuerza extrema pueden ser despreciadas en el análisis. Para puenteso partes de puentes a 10.0m por encima del nivel de terreno o agua, la velocidad de diseño del viento, VDZ, debe ser ajustado de acuerdo a: �56 � 2.5�7 8�97�: ; <� 8 ==7; Donde: VDZ = velocidad de diseño del viento a la elevación de diseño, Z (km/h). V10 = velocidad de diseño del viento a 10.0 m por encima del nivel de terreno o agua (km/h). VB = velocidad básica del viento de 160km/h. Z = altura de la estructura donde se calcula la carga de viento, se mide desde el nivel del terreno o agua y debe ser mayor a 10.0m. V0 = velocidad de fricción, viento meteorológico característico tomado como especifica la tabla 3.8.1.1-1 del AASHTO LRFD 2007 para varias superficies características (km/h). Z0 = longitud de fricción en el barlovento, viento meteorológico característico tomado como especifica la tabla 3.8.1.1-1 (mm). El AASHTO-LRFD 2007 indica que V10 puede ser extrapolado de: o Los mapas eólicos (ver figura 17). o Estudios específicos de viento. o En ausencia de un buen criterio, se puede asumir que V10=VB=160km/h. El manual de diseño de puentes, [MTC, 2003], denomina C a la relación 2.5(V0/VB) y muestra lo siguiente: GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos �56 � >�97<� 8 ==7; ? �97 Donde los valores de C y Z0 se pueden extraer de la tabla 2.4.3.10.1-1 del manual de diseño de puentes [MTC, 2003] para diferentes zonas. Fig. 17. Ubicación del “Puente Chilina” en el mapa eólico del Perú 16.40° 71.50° GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Del mapa eólico del Perú, se puede interpolar la velocidad V10 para la zona de diseño del “Puente Chilina”. Con ayuda de la figura 17, V10, resulta ser 85km/h. Como el puente se encuentra dentro de la ciudad de Arequipa utilizaremos C=0.485km/h, Z0=0.80m, y Z=50m. Por consiguiente la velocidad de diseño, VDZ, es: �56 � 0.485 � 85 � <� 8 500.80; � 170 %@� ? 85 %@� Presiones de viento sobre estructuras (WS): Si se justifica por condiciones locales, se puede elegir una velocidad diferente de diseño del viento para combinaciones de carga que no involucren el viento en la carga viva. La dirección de viento de diseño se puede asumir como horizontal, a no ser que se especifique lo contrario en el artículo 3.8.3. En ausencia de datos precisos, las presiones de viento, en KN/m 2 a, se pueden determinar con: 05 � 0: 8�56�: ; A � 0: �56A10000 Donde VB es la velocidad básica del viento, que para código peruano es de 100km/h, y PB es la presión básica que se puede extraer de la tabla 2.4.3.10.2-1 del manual de diseño de puentes [MTC, 2003]. Como la estructura del puente es a base de columnas y arcos, entonces la presión de diseño en la zona del barlovento será: 05 � 1.5 B 170A10000C � 4.34 D4@A � 0.44 ��E@A Para la zona del sotavento será: 05 � 0.75 B 170A10000C � 2.17 D4@A � 0.22 ��E@A 2. Presión vertical de viento: Se considerará una fuerza vertical hacia arriba uniformemente distribuida por unidad de longitud del puente, con una magnitud igual a 0.96kN/m 2 (100kgf/m 2 ) multiplicada por el ancho del tablero, incluyendo veredas y parapetos. Esta GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos fuerza se considerará aplicada a un cuarto de la dimensión total del tablero hacia el barlovento. Como el tablero del puente tiene un ancho total de 29.0m, entonces el valor de la fuerza distribuida será: F5G � 05G � H � 0.10 � 29.0 � 2.90 ��E@ La figura 18 muestra las presiones en el barlovento y el sotavento de la estructura y la carga distribuida vertical en el tablero. Fig. 18. Fuerzas debido al viento sobre el “Puente Chilina” 3/4W 1/4W 2.90Tnf/m 0.44Tnf/m 2 0.22Tnf/m 2 GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 18. Fuerzas debido al viento sobre el “Puente Chilina” (continuación) 3. Inestabilidad aeroelastica: Se deben considerar las solicitaciones aeroelásticas en el diseño de puentes y componentes estructurales que pueden ser sensibles al viento. A los fines de la sección 3.8.3 del AASHTO-LRFD 2007, todos los puentes y componentes estructurales de los mismos cuya relación longitud de tramo / ancho o profundidad sea superior a 30,0 se deberán considerar sensibles al viento. También se deberá considerar la vibración de cables provocada por la interacción del viento y la lluvia. Fenomenos aeroelasticos: Cuando corresponda se deberán considerar los fenómenos aeroelásticos de excitación por desprendimiento de vórtices, “galloping", "flutter" y divergencia. d.) Cargas de sismo (EQ): Las cargas sísmicas se deberán tomar como solicitaciones horizontales determinadas de acuerdo con los requisitos del Artículo 4.7.4 del AASHTO LRFD 2007 en base al coeficiente de respuesta elástica, Csm, especificado en el Artículo 3.10.6 del mismo, y al peso equivalente de la superestructura, y se deberán ajustar aplicando el factor de modificación de la respuesta, R, especificado en el Artículo 3.10.7.1 del AASHTO LRFD 2007. Los requisitos especificados en el AASHTO LRFD 2007 se deben aplicar para puentes con superestructuras de losas convencionales, vigas de alma llena, vigas cajón y reticuladas cuyas longitudes no sean mayores que 150m. Para otros tipos de construcción y puentes de más de 150m de longitud el Propietario deberá especificar y/o aprobar requisitos adecuados. A menos que el Propietario GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos especifique lo contrario, no es necesario aplicar estos requisitos en el caso de las estructuras totalmente enterradas. Se deberá considerar el potencial de licuefacción del suelo y movimiento de los taludes. 1. Coeficiente de aceleración: El coeficiente, A, que se utilizará en la aplicación de estos requisitos se deberá determinar en base a los mapas. Para las ubicaciones que se encuentran entre dos líneas de contorno o entre una línea de contorno y un máximo o mínimo local se deberá interpolar linealmente. Un profesional capacitado deberá realizar estudios especiales para determinar coeficientes de aceleración específicos del sitio de emplazamiento y la estructura si se da alguna de las siguientes condiciones: o El sitio de emplazamiento se encuentra próximo a una falla activa. o En la región se anticipan sismos de larga duración. o La importancia del puente es tal que es necesario considerar un mayor periodo de exposición (y por lo tanto un mayor periodo de recurrencia). En el caso del “Puente Chilina” el estudio de riesgo sísmico determinó una aceleración de 0.5g para 10% de probabilidad de ser excedido en 50 anos. 2. Categorías según la importancia del puente: A los fines del artículo 3.10 del AASHTO LRFD, el Propietario o aquellos a quienes corresponda la jurisdicción deberán clasificar el puente en una de las tres categorías siguientes según su importancia: o Puentes críticos o Puentes esenciales o Otros puentes Al realizar 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. Para este caso el “Puente Chilina” se clasificó como un puente crítico. 3. Zonas sísmicas: Todo puente deberá ser asignado a uno de las cuatro zonas sísmicas de la tabla 3.4.10-1 del AASHTO LRFD. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos De acuerdo al estudio de riesgo sísmico, el “Puente Chilina” está dentro de la zona 4, y en los mismos estudios se han obtenido el coeficiente de aceleración para 10% de probabilidad de excedencia en 50 anos. Fig. 19. Coeficiente de aceleración para diferentes periodos de retorno De la figura 19 para un periodo de retorno de 475 anos se tiene un coeficiente de aceleración A = 0.5g. 4. Efectos del sitio de emplazamiento: En la determinación de las cargas sísmicas para puentes se deberán incluir los efectos del sitio de emplazamiento. El coeficiente de sitio, S, especificado en la Tabla 3.10.5.1-1, se deberá basar en los tipos de perfiles de suelo definidos en los Artículos 3.10.5.2 a 3.10.5.5 del AASHTO LRFD 2007. En ubicaciones en las cuales las propiedades del suelo no se conocen con un nivel de detalle suficiente como para poder determinar el tipo de perfil de suelo, o si el perfil no concuerda con ninguno de los cuatro tipos, se deberá usar el coeficiente de sitio correspondiente al Perfil de Suelo Tipo II. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 S x s T (años) GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Perfil de suelo Tipo I Un perfil se deberá considerar Tipo I se está compuesto por: o Poca de cualquier tipo, ya sea de naturaleza esquistosa o cristalina. o Suelos rígidos donde la profundidad del suelo es menor que 60m, y los tipos de suelo que yacen sobre la roca son depósitos estables de arenas, gravas o arcillas rígidas. Perfil de suelo tipo II Un perfil compuesto por suelos cohesivos rígidos o suelos no cohesivos profundos donde la profundidad del suelo es mayor que 60m y los tipos de suelo que yacen sobre la roca son depósitos estables de arenas, gravas o arcillas rígidas se deberá considerar Tipo II. Perfil de suelo tipo III Un perfil compuesto por arcillas blandas o de rigidez media y arenas, caracterizado por 9m o más de arcillas blandas o de rigidez media con o sin capas intercaladas de arena u otros suelos no cohesivos se deberá considerar Tipo III. Perfil de suelo tipo IV Un perfil compuesto por arcillas blandas o limos de más de 12m de profundidad se deberá considerar Tipo IV. De los estudios geofísicos se han obtenidos las velocidades de onda que sirven para determinar el tipo de suelo. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Tabla 2. Velocidades de onda de los 4 pozos Capa Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4 Z (m) V (m/s) Z (m) V (m/s) Z (m) V (m/s) Z (m) V (m/s) 1 5.03 416.67 2.00 416.67 1.77 400.00 1.48 392.16 5.48 526.31 2.20 333.33 - - - - 5.94 555.56 2.30 303.03 - - - - 6.49 666.67 2.40 344.83 - - - - 2 - 1050.00 - - 3.60 833.33 4.26 818.18 - 1086.95 - - 3.66 800.00 8.73 909.09 - 1160.00 - - 3.90 800.00 - 925.93 - 1100.00 - - 6.20 1200.00 - 3 - - 3.50 1578.15 4.60 1333.33 - 1200.00 - - 4.10 1615.38 7.40 1388.90 - 1066.67 - - - - 10.78 1300.00 - - - - - - - 1578.95 - - 4 - - - 2500.00 - 2300.00 - - - - - 2545.45 - 2000.00 - - - - - 2410.71 - 2222.22 - - - - - 2894.74 - - - De acuerdo a la profundidad de desplante y velocidades de onda de cada uno de los puntos y estratos, el suelo se clasifica como Tipo II. 5. Coeficiente de respuesta sísmica elástica: A menos que el artículo 3.10.6.2 del AASHTO LRFD 2007 especifique lo contrario, el coeficiente de respuesta sísmica elástica, Csm, para el modo de vibración m se deberá tomar como: IJK � 1.2�I�KA/L M 2.5� Donde: Tm = período de vibración del modo m (s) A = coeficiente de aceleración especificado en el Artículo 3.10.2 del AASHTO LRFD 2007. S = coeficiente de sitio especificado en el Artículo 3.10.5 del AASHTO LRFD 2007 La determinación del período de vibración, Tm, se debería basar en la masa nominal, no mayorada, del componente o estructura. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Excepciones: Para puentes construidos en perfiles de suelo Tipo III o IV y en áreas donde el coeficiente "A" es mayor o igual que 0,30 no es necesario que Csm sea mayor que 2,0A. Para los perfiles de suelo Tipo III y IV, y para los modos de vibración diferentes al modo fundamental de vibración con períodos menores que 0,3 segundos Csm se deberá tomar como: >JK � �"0.8 # 0.4�K$ Si el período de vibración para cualquier modo es mayor que 4,0 segundos, el valor de Csm para dicho modo se deberá tomar como: >JK � 3�I�KN/L El espectro de diseño elástico y reducido para diferentes valores de R se muestra en la figura 20. Para el puente se decidió utilizar un factor de reducción R igual a 4, esto implica que más adelante cuando se realicen los análisis estáticos no lineales tengamos una ductilidad global alrededor de 4. Fig. 20. Espectro de diseño para el “Puente Chilina” 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 C sm ( g ) T (s) Elastico R=2 R=4 R=6 GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos 6. Factores de modificación de respuesta R Para poder aplicar los factores de modificación de respuesta, R, aquí especificados, los detalles estructurales deberán satisfacer los requisitos de los Artículos 5.10.2.2, 5.10.11 y 5.13.4.6 del AASHTO LRFD 2007. A excepción de lo especificado en el AASHTO LRFD, las solicitaciones sísmicas de diseño para las subestructuras y las uniones entre partes de estructuras, listadas en la Tabla 3.10.7.1-2, se deberán determinar dividiendo las solicitaciones obtenidas mediante un análisis elástico por el correspondiente factor de modificación de respuesta, R, como se especifica en las Tablas 3.10.7.1-1 y 2, respectivamente. A modo de alternativa al uso de los factores R especificados en la Tabla 3.10.7.1-2 para las uniones, las uniones monolíticas entre elementos estructurales y/o estructuras, como por ejemplo las uniones columna-zapata, se pueden diseñar para transmitir las máximas solicitaciones que se pueden desarrollar por la rotulación inelástica de las columnas o los caballetes multicolumna que las uniones conectan según lo especificado en el Artículo 3.10.9.4.3. Si se utiliza un método de análisis inelástico de historia de tiempo, el factor de modificación de respuesta, R, se deberá tomar igual a 1,0 para toda la subestructura y todas las uniones. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Se deberá asumir que las cargas sísmicas actúan en cualquier dirección lateral. Para ambos ejes ortogonales de la subestructura se deberá usar el factor R apropiado. Un pilar de hormigón tipo muro se puede analizar en la dimensión débil como una columna única siempre que se satisfagan todos los requisitos para columnas especificados en la Sección 5. 7. Combinación de solicitaciones sísmicas Las solicitaciones sísmicas elásticas según cada uno de los ejes principales de un componente, obtenidas mediante análisis en las dos direcciones perpendiculares se deberán combinar de la siguiente manera para formar dos casos de carga: o 100 por ciento del valor absoluto de las solicitaciones en una de las direcciones perpendiculares combinado con 30 por ciento del valor absoluto de las solicitaciones en la segunda dirección perpendicular. o 100 por ciento del valor absoluto de las solicitaciones en la segunda dirección perpendicular combinado con 30 por ciento del valor absoluto de las solicitaciones en la primera dirección perpendicular. Si las fuerzas en las uniones de las fundaciones y/o columnas se determinan a partir de la rotulación plástica de las columnas como se especifica en el Artículo 3.10.9.4.3 del AASHTO LRFD, las solicitaciones resultantes se pueden determinar sin considerar los casos de carga combinados aquí especificados. Para los propósitos de este requisito, las "fuerzas en las uniones de columnas" se deberán tomar como el corte y el momento, calculados en base a la rotulación plástica. La carga axial se deberá tomar como la que resulta de la combinación de cargas apropiada, tomando la carga axial asociada con la rotulación plástica igual a EQ si corresponde. Si un pilar se diseña como una columna tal como se especifica en el Artículo 3.10.7.2 del AASHTO LRFD, si se utilizan las solicitaciones resultantes de la rotulación plástica esta excepción se aplicará a la dirección débil del pilar; para la dirección resistente del pilar se deberán utilizar los casos de carga combinados especificados. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos 8. Cálculo de las fuerzas de diseño Para los puentes de un solo tramo, independientemente de la zona sísmica en que se encuentren, la mínima solicitación de diseño en una unión entre superestructura y subestructura en la dirección en la cual la unión está restringida no deberá ser menor que el producto entre el coeficiente de sitio, el coeficiente de aceleración y la carga permanente tributaria. Los anchos de asiento en los apoyos expansivos de puentes multitramo deberán satisfacer el Artículo 4.7.4.4 del AASHTO LRFD, o bien se deberán proveer unidades de transmisión de impacto (STU) y amortiguadores. 8.1 Zona sísmica 1 Para puentes en Zona Sísmica 1, siempre que el coeficiente de aceleración sea menor que 0.025 y el perfil de suelo sea Tipo I o Tipo II, la fuerza de diseño horizontal en las direcciones restringidas de una unión se deberá tomar mayor o igual que 0,1 veces la reacción vertical debida a la carga permanente tributaria y las sobrecargas tributarias que se supone existirán durante un sismo. Para todos los demás sitios ubicados en Zona Sísmica 1, la fuerza de diseño horizontal en las direcciones restringidas de una unión se deberá tomar mayor o igual que 0.2 veces la reacción vertical debida a la carga permanente tributaria y las sobrecargas tributarias que se supone existirán durante un sismo. Para cada segmento ininterrumpido de una superestructura, la carga permanente tributaria en la línea de apoyos fijos, utilizada para determinar la fuerza de diseño longitudinal para una unión, deberá ser igual a la carga permanente total del segmento. Si cada uno de los apoyos que soporta un segmento ininterrumpido o un tramo simplemente apoyado está restringido en su dirección transversal, la carga permanente tributaria utilizada para determinar la fuerza de diseño para la unión deberá ser la reacción ante la carga permanente en dicho apoyo. Todos los apoyos elastoméricos y sus conexiones a la mampostería y placas de fundación se deberán diseñar para resistir las fuerzas sísmicas de diseño horizontales transmitidas a través del apoyo. Para todos los puentes ubicados en Zona Sísmica 1 y los puentes de un solo tramo, estas fuerzas de corte sísmico deberán ser mayores o iguales que la fuerza en la unión aquí especificada. 8.2 Zona sísmica 2 Las estructuras ubicadas en Zona Sísmica 2 se deberán analizar de acuerdo con los requisitos mínimos especificados en los Artículos 4.7.4.1 y 4.7.4.3 del AASHTO LRFD. Excepto para las fundaciones, las fuerzas sísmicas de diseño para todos los componentes, incluyendo los caballetes de pilotes y los muros de contención, se deberán determinar dividiendo las fuerzas sísmicas elásticas, GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos obtenidas del Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD, por el factor de modificación de respuesta adecuado, R, especificado en la Tabla 3.10.7.1-1. Excepto para los caballetes de pilotes y los muros de contención, las fuerzas sísmicas de diseño para las fundaciones se deberán determinar dividiendo las fuerzas sísmicas elásticas, obtenidas del Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD, por la mitad del factor de modificación de respuesta, R, de la Tabla 3.10.7.1-1, correspondiente al componente de la subestructura al cual están unidas. El valor R/2 no se deberá adoptar menor que 1,0. Si una carga grupal diferente a la correspondiente a EVENTO EXTREMO I especificada en la Tabla 3.4.1-1 del AASHTO LRFD determina el diseño de las columnas, se deberá considerar la posibilidad de que, debido a la posible sobrerresistencia de las columnas, las fuerzas sísmicas transmitidas a las fundaciones pueden ser mayores que las calculadas utilizando el procedimiento arriba especificado. 8.3 Zonas sísmicas 3 y 4 Las estructuras ubicadas en Zonas Sísmicas 3 y 4 se deberán analizar de acuerdo con los requisitos mínimos especificados en los Artículos 4.7.4.1 y 4.7.4.3 del AASHTO LRFD. Las fuerzas de diseño para cada componente se deberán tomar como las menores de las determinadas utilizando: o Los requisitos del Artículo 3.10.9.4.2 del AASHTO LRFD; o o Los requisitos del Artículo 3.10.9.4.3 del AASHTO LRFD, Para todos los componentes de una columna, caballete de columnas y sus fundaciones y conexiones. a). Fuerzas de diseño modificadas Las fuerzas de diseño modificadas se deberán determinar como se especifica en el Artículo 3.10.9.3 del AASHTO LRFD, excepto que para las fundaciones el factor R se deberá tomar igual a 1,0. b). Fuerzas de rotulación inelástica Si la rotulación inelástica se invoca como una base para el diseño sismorresistente, una vez que el diseño preliminar haya sido completado se deberán calcular las solicitaciones resultantes de la formación de rótulas plásticas en la parte superior y/o inferior de la columna utilizando las fuerzas de diseño modificadas especificadas en el Artículo 3.10.9.4.2 del AASHTO LRFD como las cargas sísmicas. Luego las fuerzas incidentales resultantes de la rotulación plástica se deberán utilizar para determinar las fuerzas de diseño para la mayoría de los componentes tal como se especifica en el presente documento. Los procedimientos para calcular estas fuerzas GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________Construcción Puente Sector Chilina y Accesos incidentales para columnas individuales y soportes y caballetes con dos o más columnas se deberán tomar como se especifica en los artículos siguientes. Se deberá verificar que se formen rótulas plásticas antes que se produzcan otros tipos de fallas debidas a sobretensiones o la inestabilidad de la estructura y/o las fundaciones. Sólo se deberá permitir que se formen rótulas plásticas en ubicaciones en las cuales las rótulas puedan ser fácilmente inspeccionadas y/o reparadas. La resistencia a la flexión inelástica de los componentes de la subestructura se deberá determinar de acuerdo con los requisitos de las Secciones 5 y 6 (dependiendo del tipo de material). Los componentes de la superestructura y subestructura y sus conexiones a las columnas también se deberán diseñar para resistir una fuerza de corte lateral de la columna determinada a partir de la resistencia a la flexión inelástica de diseño de la columna, utilizando los factores de resistencia aquí especificados. Estas fuerzas de corte incidentales, calculadas en base a la rotulación inelástica, se pueden tomar como las fuerzas sísmicas extremas que es capaz de desarrollar el puente. c). Columnas y pilares individuales Se deberán determinar las solicitaciones para los dos ejes principales de una columna y en la dirección débil de un pilar o caballete, de la siguiente manera: o Paso 1 − Determinar la sobrerresistencia al momento de la columna. Utilizar un factor de resistencia, φ, igual a 1.30 para columnas de concreto reforzado y 1.25 para columnas de acero estructural. Para ambos materiales la carga axial aplicada en la columna se deberá determinar usando la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I, tomando EQ como la máxima carga axial elástica para la columna de las fuerzas sísmicas determinadas de acuerdo con el Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD. o Paso 2 − Usando la sobrerresistencia al momento de la columna calcular la correspondiente fuerza de corte de la columna. En el caso de las columnas acampanadas este cálculo se deberá realizar usando las sobreresistencias tanto en la parte superior como en la parte inferior de la campana en combinación con la altura de columna correspondiente. Si la fundación de una columna está significativamente por debajo del nivel del terreno, se debería considerar la posibilidad de que la rótula plástica se forme encima de la fundación. Si es posible que esto ocurra, para calcular la fuerza de corte de la columna se deberá utilizar la longitud de columna comprendida entre las rótulas plásticas. Las solicitaciones correspondientes a la rotulación de una única columna se deberán tomar como: GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos o Fuerzas axiales − Las fuerzas determinadas utilizando la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I, tomando la carga axial sísmica máxima y mínima no reducida del Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD como EQ. o Momentos − Los momentos calculados en el Paso 1. o Fuerza de corte − La fuerza calculada en el Paso 2. d). Pilares con dos o más columnas Para caballetes con dos o más columnas se deberán determinar las solicitaciones tanto en el plano del caballete como en el plano perpendicular al del caballete. En el plano perpendicular al del caballete las fuerzas se deberán determinar como en el caso de las columnas individuales indicado en el Artículo 3.10.9.4.3b del AASHTO LRFD. En el plano del caballete las fuerzas se deberán determinar como se indica a continuación: o Paso 1 − Determinar las sobrerresistencias al momento de las columnas. Utilizar un factor de resistencia, φ, igual a 1.30 para columnas de concreto reforzado y 1.25 para columnas de acero estructural. Para ambos materiales la carga axial inicial se debería determinar usando la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I con EQ = 0. o Paso 2 − Usando la sobrerresistencia a flexión calcular las correspondientes fuerzas de corte de las columnas. Sumar los cortes de las columnas del caballete para determinar la máxima fuerza de corte para el pilar. Si hay un muro de altura parcial entre las columnas, la altura efectiva de las columnas se debería tomar a partir de la parte superior del muro. Para columnas acampanadas y fundaciones debajo del nivel del terreno se deberán aplicar los requisitos del Artículo 3.10.9.4.3b. En el caso de caballetes de pilotes, para calcular la fuerza de corte se deberá usar la longitud de pilote sobre la línea de lodo. o Paso 3 − Aplicar la fuerza de corte del caballete en el centro de masa de la superestructura encima de la pila y determinar las fuerzas axiales en las columnas debidas al vuelco cuando se desarrollan las sobrerresistencias al momento. o Paso 4 − Usando estas fuerzas axiales de las columnas como EQ en la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I, determinar la sobrerresistencia al momento revisada de las columnas. Con las sobrerresistencias revisadas calcular las fuerzas de corte de las columnas y la máxima fuerza de corte para el caballete. Si la máxima fuerza de corte del caballete no está a ± 10 por ciento del valor determinado anteriormente, utilizar esta fuerza máxima de corte para el caballete y regresar al Paso 3. Las fuerzas en las columnas individuales en el plano de un caballete correspondientes a rotulación de las columnas se deberán tomar como: o Fuerzas axiales − Las cargas axiales máximas y mínimas determinadas usando la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I, GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos tomando EQ como la carga axial determinada usando la iteración final del Paso 3 y tratada como positiva y negativa. o Momentos − Las sobrerresistencias al momento de las columnas correspondientes a la máxima carga de compresión axial arriba especificada. o Corte − La fuerza de corte correspondiente a las sobreresistencias al momento de las columnas arriba especificadas, observando los requisitos del Paso 2 anterior. e). Fueras de diseño para caballetes de pilotes y columnas Las fuerzas de diseño para caballetes de pilotes y columnas se deberán tomar como un conjunto consistente de las menores fuerzas determinadas como se especifica en el Artículo 3.10.9.4.1 del AASHTO LRFD, aplicadas de la siguiente manera: o Fuerzas axiales − Las fuerzas de diseño máximas y mínimas determinadas usando la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I ya sea tomando los valores de diseño elásticos determinados en el Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD como EQ, o bien tomando los valores correspondientes a la rotulación plástica de la columna como EQ. o Momentos − Los momentos de diseño modificados determinados para la Combinación de Cargas correspondiente a Evento Extremo I. o Corte − El menor de los siguientes: el valor de diseño elástico determinado para la Combinación de Cargas correspondiente al Estado Límite de Evento Extremo I con las cargas sísmicas combinadas como se especifica en el Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD y usando un factor R igual a 1 para la columna, o el valor correspondiente a la rotulación plástica de la columna. f). Fuerzas de diseño para pilares Las fuerzas de diseño serán aquellas determinadas para la Combinación de Cargas correspondiente al Estado Límite de Evento Extremo I, excepto si en su dirección débil el pilar se diseña como una columna. Si el pilar se diseña como una columna, las fuerzas de diseño en la direccióndébil serán como se especifica en el Artículo 3.10.9.4.3d del AASHTO LRFD y se deberán aplicar todos los requisitos de diseño para columnas, tal como se especifican en la Sección 5. Si en la dirección débil se utilizan las fuerzas debidas a la rotulación plástica, para determinar el momento elástico se deberá aplicar la combinación de fuerzas especificada en el Artículo 3.10.8 del AASHTO LRFD, y luego el momento elástico se deberá reducir aplicando el factor R que corresponda. g). Fuerzas de diseño para fundaciones Las fuerzas de diseño para fundaciones, incluyendo zapatas, cabezales de pilotes y pilotes, se pueden tomar ya sea como aquellas fuerzas determinadas GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos para la Combinación de Cargas correspondiente al Estado Límite de Evento Extremo I, con las cargas sísmicas combinadas como se especifica en el Artículo 3.10.8, o bien como las fuerzas en la base de las columnas correspondientes a la rotulación plástica de la columna como se determina en el Artículo 3.10.8. Si las columnas de un caballete tienen una zapata común, para diseñar la zapata en el plano del caballete se puede utilizar la distribución final de fuerzas en la base de las columnas del Paso 4 del Artículo 3.10.9.4.3c. Esta distribución de fuerzas produce menores fuerzas de corte y momentos en la zapata, ya que como resultado del momento de vuelco sísmico una de las columnas exteriores puede estar traccionada y la otra comprimida. Esto efectivamente aumenta los momentos y fuerzas de corte últimos en una de las columna y los reduce en la otra. h). Sujetadores longitudinales La fricción no se considerará como un sujetador efectivo. Los sujetadores se deberán diseñar para una fuerza calculada como el coeficiente de aceleración por la carga permanente del tramo o parte más liviana de la estructura adyacente. Si el sujetador está ubicado en un punto diseñado de manera tal que durante un movimiento sísmico allí se producirá un desplazamiento relativo de las secciones de la superestructura, el sujetador deberá tener suficiente huelgo para que no comience a actuar hasta que el desplazamiento de diseño haya sido superado. Si no se ha de disponer un sujetador en las columnas o pilares, el sujetador de cada tramo se puede fijar a la columna o pilar en vez de disponerlo interconectando tramos adyacentes. En lugar de sujetadores se pueden diseñar y utilizar unidades de transmisión de impacto (STU) ya sea para la fuerza elástica calculada en el Artículo 4.7 o bien para las máximas solicitaciones generadas por la rotulación inelástica de la subestructura según lo especificado en el Artículo 3.10.7.1 del AASHTO LRFD. i). Dispositivos de amarre En las Zonas Sísmicas 2, 3 y 4 se deberán disponer dispositivos de amarre en los apoyos y en las articulaciones de estructuras continuas si la fuerza sísmica vertical provocada por la carga sísmica longitudinal se opone a la reacción debida a las cargas permanentes y es mayor que 50 por ciento, pero menor que 100 por ciento, de la misma. En este caso la fuerza de levantamiento neta para el diseño del dispositivo de amarre se deberá tomar igual al 10 por ciento de la reacción debida a las cargas permanentes que se ejercerían si el tramo fuera simplemente apoyado. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Si las fuerzas sísmicas verticales provocan un levantamiento neto, el dispositivo de amarre se deberá diseñar para resistir el valor mayor entre: o 120 por ciento de la diferencia entre la fuerza sísmica vertical y la reacción debida a las cargas permanentes, o o 10 por ciento de la reacción debida a las cargas permanentes. 9. Requisitos para puentes temporales y puentes construidos por etapas Cualquier puente o puente parcialmente construido que se anticipa será temporario durante más de cinco años se deberá diseñar utilizando los requisitos correspondientes a estructuras permanentes, no los requisitos de este Artículo. El requisito que establece que un sismo no deberá provocar el colapso total o parcial del puente, tal como lo establece el Artículo 3.10.1, se deberá a aplicar a los puentes temporarios que llevarán tráfico. También se deberá aplicar a aquellos puentes que se construyen por etapas y que se anticipa llevarán tráfico y/o cruzarán sobre rutas que llevan tráfico. Para calcular las fuerzas elásticas y desplazamientos, el coeficiente de aceleración dado en el Artículo 3.10.2 del AASHTO LRFD se puede reducir mediante un factor no mayor que 2. Los coeficientes de aceleración para sitios de emplazamiento próximos a fallas activas deberán ser objeto de un estudio especial. Para calcular las fuerzas de diseño, los factores de modificación de respuesta dados en el Artículo 3.10.7 del AASHTO LRFD se pueden incrementar mediante un factor no mayor que 1,5. Este factor no se deberá aplicar a las uniones según lo definido en la Tabla 3.10.7.1-2. Los requisitos sobre mínimo ancho de asiento del Artículo 4.7.4.4 se aplicarán a todos los puentes temporarios y construcciones por etapas. e.) Cargas debido a deformaciones impuestas (TU, TG, CR, SH, SE) Se han considerado las solicitaciones internas que el flujo plástico (Creep) y la contracción de fragua (Shrinkage) provocan en los componentes. Las solicitaciones debidas a la deformación de los componentes resistentes, el desplazamiento de los puntos de aplicación de las cargas y los movimientos de los apoyos se han incluido en el análisis. 1. Temperatura Uniforme (TU): El movimiento térmico de diseño asociado con un cambio uniforme de temperatura se puede calcular utilizando el procedimiento A y B que se describe en el AASHTO-LRFD 2007. Para puentes con tablero de concreto que tienen vigas de concreto o acero se puede utilizar tanto el procedimiento A como B. Para el “Puente Chilina” se ha utilizado el procedimiento B del AASHTO-LRFD 2007. El rango de temperatura se definió como la diferencia entre la máxima temperatura de diseño, TMax Diseño, y la temperatura mínima de diseño, TMin Diseño. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos La figura 21 muestra las temperaturas máximas y mínimas para el periodo 2008, mientras que la 22 muestra las diferencias máximas del mismo periodo, que resulto ser ΔT=17.1°C. El valor calculado se colocó en el modelo analítico (ver Fig.23). Fig. 21. Temperaturas máximas (TMax) y mínimas (TMin) de la ciudad de Arequipa para el periodo 2008 Fig. 22. Diferencia de temperaturas (ΔT=TMax Diseño - TMin Diseño) para el periodo del 2008 0 5 10 15 20 25 E n e ro F e b re ro M a rz o A b ri l M a y o Ju n io Ju li o A g o st o S e ti e m b re O ct u b re N o v ie m b re D ic ie m b re Tmax & Tmin (°C) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 E n e ro F e b re ro M a rz o A b ri l M a y o Ju n io Ju li o A g o st o S e ti e m b re O ct u b re N o v ie m b re D ic ie m b re ΔT (°C) GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Fig. 23. Carga de temperatura (ΔT=17.1°C) sobre el tablero del “Puente Chilina” Apoyos Elastoméricos: El movimiento de origentérmico total de diseño para un apoyo elastomérico, Δ, el cual no se desplazará durante el montaje, se debe determinar como: ∆� 1.3P�"�Q!R 5�J �S T �Q�� 5�J �S$ Donde: α es el coeficiente de expansión térmica (10.8x10 -6 /°C) L es la longitud de expansión (mm) La distancia entre las columnas del “Puente Chilina” es de L=25m y la diferencia de temperaturas máxima y mínima fue de 17.1°C, por tanto el valor de Δ será: ∆� 1.3 � 10.8 � 10UV � 25000 � 17.1 � 6@@ Otros apoyos: Los apoyos mecánicos, las superficies de deslizamiento del PTFE (también conocido como politetrafluoroetileno o su nombre comercial “teflon”) y los apoyos que se pueden desplazar durante el montaje deberán tener un movimiento de diseño total, Δ, determinado de la siguiente manera: ∆� P�"�Q!R 5�J �S T �Q�� 5�J �S$ ∆� 10.8 � 10UV � 25000 � 17.1 � 4.6@@ GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos 2. Flujo Plástico (CR) Los métodos para determinar el flujo plástico y la contracción de fragua han sido tomados del trabajo de Collins y Mitchell (1991). Esos métodos se basan en la recomendación del Comité ACI 209, modificada para reflejar datos adicionales recientemente publicados. El coeficiente de flujo plástico se puede determinar como: W"X, X�$ � 3.5%Z%[ 81.58 T \120; X�U99] "X T X�$ 7.V 10 # "X T X�$7.V Siendo: %[ � 6242 # EẐ Donde: H = humedad relativa (porcentaje) kc = factor que considera el efecto de la relación (Volumen/Superficie) del componente, especificado en la figura 24. kf = factor que considera el efecto de la resistencia del concreto t = edad del concreto (días) ti = edad del concreto cuando se aplica la carga inicialmente (días) f’c = resistencia especificada a compresión a 28 días (MPa) Fig. 24. Factor kc para diferentes relaciones (Volumen/Superficie) 3. Contracción de Fragua (SH) f.) Cargas GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos 3.3. MATERIALES 1) Acero de refuerzo (a) Barras de refuerzo Deberán cumplir con la más apropiada de las siguientes normas, según se establezca en los planos del proyecto: AASHTO M-31, ASTM A615 y ASTM A-706. (b) Alambre y mallas de alambre Deberán cumplir con las siguientes normas AASHTO, según corresponda: M-32, M-55, M-221 y M-225. (c) Pesos teóricos de las barras de refuerzo Para efectos de pago de las barras, se considerarán los pesos unitarios que se indican en la Tabla siguiente: Peso de las barras por unidad de longitud Barra N° Diámetro Nominal en mm (pulg.) Peso kg/m 2 3 4 5 6 8 9 10 11 6,4 (¼”) 9,5 (3 /8”) 12,7 (½”) 15,7 (5/8”) 19,1 (¾”) 25,4 (1”) 28,7 (1 1 /8”) 32,3 (1 ¼”) 35,8 (1 3 /8”) 0,25 0,56 1,00 1,55 2,24 3,97 5,06 6,41 7,91 El límite de fluencia de diseño de las varillas corrugadas es fy = 4200 Kg/cm2; además debe cumplir con lo siguiente: Tensión de rotura 6,327 2Tensión de fluencia (Límite mínimo) 4,218 Tensión Admisible en servicio 1,687 2 2) Acero de pre-esfuerzo. El acero de pre esfuerzo acero para postensado de la viga principal es calidad ASTM A416 grado 270 de baja relajación, este acero de pre esfuerzo será usado para pretensar solo las vigas del tablero del puente. 3) Concreto Del concreto, tendrá una resistencia de f’c= 350 kg-cm2 para las vigas a postensarse y vigas en arco demás elementos del puente f’c=280 kgcm2. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Sólo se usarán concretos de densidad normal. En los planos se especifican para cada componente la resistencia a la compresión, f’c, y/o la clase del concreto. La evaluación de la resistencia del concreto usado en los trabajos deberá ser hecha con probetas cilíndricas fabricadas, ensayadas y evaluadas de acuerdo con la sección y de las Especificaciones de la División II del AASHTO. Los concretos de acuerdo a las siguientes clases son: Clase A, generalmente usado en todos los elementos estructurales, excepto cuando otra clase es más apropiada. Clase B, usado en zapatas, pedestales pilares circulares masivos, y muros de gravedad. Clase C, usado en secciones delgadas, tal como barandas reforzadas de menos de 100 mm de espesor, para el relleno de pisos de emparrillados metálicos, etc. Clase P, se usa cuando se requiere resistencias en exceso de 28 MPa (280 kgf/cm2) para concreto presforzado, se deberá limitar la dimensión nominal del agregado a 20 mm. Clase S, se usa para concreto depositado bajo agua y en cajones para sellar el ingreso del agua. Clase AE, concretos con aire atrapado, deberán ser especificados cuando el concreto está sujeto a periodos alternantes de hielo y deshielo, expuesto al descongelamiento de sales, agua salada u otros ambientes potencialmente dañinos. Para concretos Clases A, A (AE) y P usado en o sobre agua marina, la relación agua/cemento deberá especificarse no excederse de 0.45. Se asume que la resistencia especificada es alcanzada a los 28 días después del vaciado. Se pueden asumir otros periodos de alcance de resistencia para componentes que recibirán cargas en periodos apreciablemente diferentes que los 28 días. Coeficiente de Expansión Térmica El coeficiente de expansión térmica deberá ser determinada por ensayos de laboratorio en la mezcla especifica a ser usada. En la ausencia de datos más precisos, el coeficiente de expansión térmica puede tomarse como 10.8 x10-6 /ºC para concreto de densidad normal, y 9.0 x x10-6 /ºC para concreto ligero. Contracción de fragua (Shrinkage) y Flujo Plastico (Creep) Valores de la contracción de fragua y del flujo plástico especificados en esta sección y en los artículos del capítulo de Superestructuras de Concreto serán usados para GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos determinar sus efectos en la pérdida de la fuerza de presforzado en puentes excepto aquellos construidos en dovelas. Estos valores conjuntamente con los del momento de inercia, pueden ser usados para determinar los efectos del acortamiento de fragua y “creep” en las deflexiones. En la ausencia de datos más exactos, el coeficiente de acortamiento de fragua puede ser asumido en 0.0002 después de los 28 días y 0.0005 después de un año de secado. Cuando no se cuenta con datos específicos de la mezcla, estimados del acortamiento de fragua y del “creep” pueden hacerse a partir de los artículos siguientes, y también del modelo del Comité Europeo del Concreto (CEB) - y de la Federación Internacional de Pre-esforzado (FIP), ó El Código ACI 209 Para puentes construidos en dovelas un estimado más preciso deberán ser realizado, incluyendo los efectos de: o Materiales específicos o Dimensiones estructurales o Condiciones del lugar, y o Métodos Constructivos Creep (Flujo Plástico) El coeficiente de flujo plástico (creep), de acuerdo a las especificaciones del AASHTO LRFD, puede estimarse como: Donde : H = humedad relativa kc = factor por el efecto de la relación volumen - superficie (V/S) del componente.kf = factor que afecta la resistencia del concreto. t = edad del concreto (días). ti = edad del concreto cuando se aplica inicialmente la carga (días). f’c = resistencia del concreto a los 28 días en MPa. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos En la determinación de la madurez del concreto para la carga inicial, un día de curado acelerado por vapor o calor radiante puede ser tomado como equivalente a siete (7) días de curado normal. El área superficial a ser usada en la determinación de la relación volumen/área debería incluirse solo el área de la superficie que esté expuesta al secado al aire. Para lugares pobremente ventilados solamente deberá considerarse el 50% del perímetro interior para calcular el área superficial. Contracción de fragua Para concreto con curado húmedo, desprovistos de agregados propensos al acortamiento de fragua, la deformación unitaria debido al acortamiento de fragua, Esh, en el tiempo t, puede formarse como: Donde: t = tiempo de fraguado (días) ks = factor de tamaño especificado en Fig. 2 kh = factor de humedad especificado en Tabla 1. Si el concreto con curado húmedo está expuesto a secado antes que hayan transcurrido cinco días de curado, el acortamiento de fragua determinado por la ecuación (1) debe ser incrementado en 20%. Para concreto curado al vapor, desprovisto de agregados propensos al acortamiento de fragua. Tabla 1.0 Factores de humedad relativa ( kh ) Promedio de Humedad relativa kh 40 1.43 50 1.29 60 1.14 70 1.00 80 0.86 90 0.43 100 0.00 GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos F ac to r de C or re cc ió n K s Figura 1.0 Factor por el efecto de la relación volumen -superficie del componente Factor de tamaño Ks. Otras propiedades mecánicas del concreto: Modulo de Elasticidad En la ausencia de datos más precisos, el módulo de elasticidad Ec para concreto con densidades entre 1440 y 2500 kgf/m3, puede tomarse como: Donde: γc = densidad del concreto (kgf/m3 f’c = resistencia especificada del concreto (MPa) Módulo de Poisson A menos que sea determinado por ensayos físicos el módulo de Poisson puede asumirse igual a 0.2. Para componentes que se espera estén sujetos a agrietamiento, el efecto del módulo de Poisson puede ser despreciado. Módulos de Ruptura A menos que sea determinado por pruebas físicas, el módulo de ruptura, fr en MPa, puede ser tomado como para concreto de densidad normal como: GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Resistencia a la Tracción La resistencia a la tracción directa puede determinarse ya sea usando ASTM C900-87, “Método Estándar de Prueba para la Resistencia a la Tracción Directa del concreto endurecido”, o el método de resistencia a la tracción por separación de acuerdo con ASTM C496-90, “Método Estándar para la Resistencia a la Tracción por separación de probetas cilíndricas de concreto”. 4) Aisladores Sísmicos Una forma de disminuir los efectos de los sismos en cualquier tipo de estructuras es introduciendo aislación sísmica en la base, utilizando disipadores de energía en la estructura (ambas tecnologías son ampliamente utilizados en Estados Unidos, Nueva Zelanda, Japón, y actualmente en Chile). Ensayos experimentales llevados a cabo en universidades extranjeras han mostrado que ambas metodologías son excelentes dispositivos para disminuir los daños que producen los sismos en las estructuras. Figura: Aislador elastomérico con núcleo de plomo Los aisladores elastoméricos son dispositivos formados por un conjunto de láminas planas de goma intercaladas por placas planas de acero adheridas a la goma. Las láminas de goma, pegadas a las láminas de acero, pueden deformarse en un plano horizontal, permitiendo el desplazamiento horizontal de la estructura relativo al suelo. Las placas de acero restringen la expansión lateral (bajo carga vertical) de la goma. Para aumentar los niveles de amortiguamiento, se puede añadir un núcleo de plomo al aislador. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Figura: Propiedades mecánicas del aislador elastomérico escogido. DIÁMETRO PLOMO DIÁMETRO AISLADOR “N” CAPAS DE GOMA AGUJERO GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Diámetro Aislador Da (mm) PROPIEDADES DE DISEÑO Rigidez de Fluencia Kd(kN/mm) Fuerza Característica Qd(kN) Rigidez de Compresión Kv(kN/mm) Desplazamiento Máximo Dmax (mm) Capacidad de Carga Axial Pmax (kN) Figura: Propiedades mecánicas y de diseño del aislador elastomérico escogido. La filosofía para el uso de los aisladores sísmicos en el proyecto se basó en lo siguiente: o Disminuir la vibración (aceleración) del tablero en un evento sísmico severo, lo que implica que los usuarios del puente (conductores y peatones) no sientan mucha aceleración en el puente, por consiguiente se disminuye el riesgo de que un conductor salga disparado del puente durante un sismo severo, con lo que se garantiza la seguridad de los usuarios. o Como consecuencia de lo anterior (se disminuye la aceleración del tablero), disminuye la demanda lateral (Fuerza = Masa x Aceleración), por consiguiente la demanda en todos los elementos (arcos, columnas, pilares y vigas) disminuye, y esto se traduce en una disminución de las secciones de acero y concreto. o En resumen con el uso de aisladores se obtienen secciones más pequeñas, es decir disminuyen los costos, y esa disminución de costos se compensa con el uso de aisladores y el uso de este hace que no haya altas aceleraciones en el tablero del puente. Adicionalmente, los aisladores pueden ser utilizados en cualquier tipo de estructuras: edificaciones, puentes, plantas nucleares, estadios, etc. por diferentes razones, una de las principales es mejorar el nivel de desempeño de una estructura el cual es importante en ciertas estructuras, pero también se pueden utilizar como elementos de disipación de energía entre otros. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA Proyecto Especial de Infraestructura Regional Sub Gerencia de Estudios _____________________________________________________________________ Construcción Puente Sector Chilina y Accesos Figura: Deformación lateral del aislador elastomérico bajo carga axial Figura: Ciclos histéreticos de carga lateral – deformación angular de un aislador elastomérico típico Tabla : Información obtenida de ciclos histereticos (fuerzas y desplazamientos correspondientes, energía disipada, rigidez efectiva y amortiguamiento efectivo) Por otro lado hay que tener presente que la energía de un sismo sobre la estructura puede ser liberada de varias formas, una de las principales es el daño en los elementos más demandados, en este caso: los pilares, columnas, arcos y las uniones
Compartir