T e maAc ma e l e r a c i ó nyf r e na do .Ca r g asdev i e nt o .F ue r z a ss í s mi mi c a s
CARGAS DEBIDAS AL VIENTO. Para los puentes regulares convencionales, se recomienda calcular las fuerzas de viento de acuerdo a los registros de viento de nuestro país. En aquellos casos en que la acción del viento pueda originar fenómenos vibratorios importantes (por ejemplo: Inestabilidad aerodinmica!, se debern realizar los estudios especiales correspondientes. "os puentes colgantes son los ms sensibles a las acciones del viento. "a presión ejercida por el viento incide tanto en la superestructura como en la carga viva # la infraestructura. $u dirección es variable, pero para el dise%o se trabaja solo con las componentes en la dirección perpendicular al trfico (sobre la elevación del puente! # paralela al trfico.
Viento en la superestructura. Estas solicitaciones vienen e&presadas por unidad de superficie e&puesta en elevación, es decir que esta superficie en elevación sirve para las dos componentes. 'uando se dise%a la superestructura sólo se toman en cuenta las fuerzas transversales o perpendiculares al trfico con valores de .)* kN/m2 para reticulares # +.+* kN/m2 para vigas de alma llena. En cambio cuando se dise%a la infraestructura, adems de las reacciones en las dos direc direccio ciones nes transm transmitid itidas as por la supere superestr struct uctura ura se tiene tiene las presio presiones nes del viento viento apli aplica cada dass dire direct ctam amen ente te en la infr infrae aest stru ruct ctur uraa seg segnn se deta detall llaa en el inci inciso so correspondiente. "as fuerzas transversales como longitudinales transmitidas por la superestructura para diversos ngulos ngulos de la dirección dirección del viento son son las que se indican indican en la tabla 4.5, en los que el ngulo de esviaje es medido entre la dirección del viento # la perpendicular al eje del camino. "a dirección supuesta del viento ser aquella que produce los m&imos esfuerzos en la infraestructura debiendo ser aplicadas simultneamente en las dos direcciones. En puentes corrientes con luces -asta de * m. se emplearn las siguientes cargas: /iento /iento longitudinales en la superestructura. .0 kN/m2 /iento /iento transversal en la superestructura. +.1* kN/m2
Viento en la carga viva. $er considerada como una fuerza por metro lineal de estructura de acuerdo a la tabla 4.6
2ic-as cargas se aplican a 3.4 m. por encima de la capa de rodadura. En puentes corrientes con luces de -asta * m. se emplearan las siguientes cargas. /iento longitudinales sobre la carga viva .0 kN/m. /iento /iento transversal sobre la carga viva. 3.* kN/m
Viento en la infraestructura. 5dems de las reacciones por viento transmitidas por la superestructura se considerar una una presió presiónn de + kN/m2 aplicadas en la dirección ms desfavorable, tomando el es viajado con relación a la infraestructura, # luego se la descompone en dos direcciones una normal a la elevación de la infraestructura # otra perpendicular a ella. "a comp compon onen ente te norm normal al a la elev elevac ació iónn de la pila pila corr corres espo pond ndee a los los esfu esfuer erzo zoss o solicitaciones que -emos designado como longitudinales en el conjunto del puente # en este caso inciden en la cara acotada con 2 en la figura 4.10 , en cambio la componente
frontal (transversal! actuar sobre la superficie acotada con 6 o segn la forma de acabado de esta superficie se transmitir por fricción en la superficie 2. En la figura 4.11 se muestra la dirección ms desfavorable del viento sobre una pila, de manera que provoque en esta los m&imos esfuerzos.
2e acuerdo a lo e&puesto anteriormente, las componentes sobre la pila pueden ser deducidas en las siguientes formas: a) 7omando como resistentes las superficies 2 # 6: /iento longitudinal:
/iento transversal:
b)
7omando como resistentes solo la superficies 2: /iento longitudinal:
/iento transversal:
2onde: p 8 Presión del viento en la infraestructura 8 + kN/m2 " 8 $eparación entre ejes de pilas en metros. 2 8 5nc-o de la pila en metros. 6 8 Espesor de la pila en metros. 9 8 5ltura libre de la pila entre el nivel de aguas # su coronamiento en metros. "as unidades para " # 7 sern en ;ilo<=e>tons N . •
An!lisis aero"in!#ico "e puentes sosteni"os por ca$les.
"a falla inducida por el viento el ) de noviembre de 3?1 del puente de 7acoma =arro>s en el estado de @as-ington, produjo una conmoción en la profesión de la ingeniería. Auc-os se sorprendieron al saber que la falla de puentes como resultado de la acción del viento no era algo sin precedentes. 2urante un poco ms de las 3+ dBcadas anteriores a la falla del puente 7acoma =arro>s , otros 3 puentes -abían sido severamente da%ados o destruidos por la acción del viento , fallas inducidas por el viento -an ocurrido en puentes con luces desde )* metros -asta 4** metros. En otros puentes CmodernosD sostenidos por cables se -an observado oscilaciones indeseables debidas al viento.
Infor#aci%n re&ueri"a so$re el viento en el sitio "el puente. 5ntes de emprender cualquier estudio de inestabilidad ante el viento para un puente, los ingenieros deben investigar las condiciones eólicas en el sitio de la estructura. "a información requerida inclu#e el carcter de la actividad de vientos fuertes en el sitio en un periodo de varios a%os. "os datos se obtienen generalmente de los registros meteorológicos locales. $in embargo, se debe tener cuidado porque estos registros pudieron -aberse tomado en un punto a alguna distancia del sitio, tal como el aeropuerto local o un edificio del estado. "os ingenieros deben ser tambiBn conscientes de las diferencias en las características del terreno entre el sitio de la instrumentación para el viento # el sitio de la estructura, que pueden tener una importante influencia en la interpretación de los datos.
"os datos requeridos son la velocidad del viento, su dirección # frecuencia. 5 partir de estos datos es posible predecir altas velocidades de viento, dirección esperada # probabilidad de ocurrencia. "as fuerzas aerodinmicas que aplica el viento a un puente dependen de la velocidad # dirección del viento # del tama%o, forma # movimiento del puente. El que ocurra resonancia bajo las fuerzas del viento depende de los mismos factores. "a amplitud de la oscilación que puede generarse depende de la fortaleza de las fuerzas del viento (inclu#endo su variación con la amplitud de la oscilación del puente!, la capacidad de almacenamiento de energía de la estructura, el amortiguamiento estructural # la duración de un viento capaz de e&citar el movimiento. "a velocidad # dirección del viento, inclu#endo el ngulo vertical, pueden determinarse mediante observaciones e&tensas en el sitio, las cuales pueden apro&imarse con un grado razonable de conservatismo con base en unas pocas observaciones locales # un estudio e&tenso de datos ms generales. "a escogencia de las condiciones de viento para las cuales debe dise%arse un puente dado, siempre pueden ser primordialmente un asunto de criterio. 5l comienzo del anlisis aerodinmico, se conocen el tama%o # forma del puente. $u capacidad de almacenamiento de energía # su movimiento, que consiste esencialmente en los modos naturales de vibración, son determinados por completo por su masa, la distribución de Bsta, # las propiedades elsticas # pueden calcularse por mBtodos confiables. El nico elemento desconocido es el factor que relaciona el viento con la sección del puente # su movimiento. Este factor no puede, -asta el presente, generalizarse, pero est sujeto a una determinación confiable en cada caso. "as propiedades del puente, inclu#endo sus fuerzas elsticas # su masa # movimientos (determinando sus fuerzas inerciales!, pueden calcularse # reducirse a un modelo a escala ver figura 4.12. Entonces, las condiciones del viento que abarcan todas las condiciones probables en el sitio se pueden imponer a un modelo de la sección. "os movimientos de tal modelo dinmico de la sección en el viento a escala apropiada deben duplicar de modo confiable los movimientos de una conveniente unidad de longitud del puente. "as fuerzas de viento # la tasa a la cual Bstas pueden acumular energía de oscilación responden a la amplitud cambiante del movimiento. "a tasa de cambio de energía puede medirse # dibujarse contra la amplitud en un grfico. 5sí, el ensa#o con el modelo de la sección mide el nico factor desconocido, que puede entonces aplicarse por clculo a la amplitud variable del movimiento a lo largo del puente para predecir el comportamiento total de la estructura bajo las condiciones específicas de viento del ensa#o. Estas predicciones no son precisas, pero son ms o menos tan apro&imadas como algunos otros parmetros del anlisis estructural.
Escala: 33 /elocidad equivalente del viento real: +04 ;mlec-a -orizontal: m Firo a torsión: 1G
'igura (.)*. Ensayo del puente kas!i, en un t"nel de #iento erodin$mi%o &'"nel de (iento de la ni(ersidad de *oko!ama)
Criterios para el "ise+o aero"in!#ico. 2ebido a que el factor que relaciona el movimiento del puente con las condiciones del viento depende del sitio específico # de las condiciones del puente, no pueden escribirse criterios detallados para el dise%o de secciones favorables de puente -asta que se -a#a acumulado una gran cantidad de datos aplicables a la estructura que va a dise%arse. Pero, en general, pueden aplicarse los siguientes criterios para puentes colgantes:
Hna sección con armadura de rigidización es ms favorable que una sección con viga de rigidización. 9endiduras en el tablero # otros artefactos que tienden a romper la uniformidad de la acción del viento tienden a ser favorables. Es aconsejable el uso de dos planos de sistema lateral para formar una armadura de rigidez de cuatro lados porque puede favorecer el movimiento torsional. 7al dise%o in-ibe fuertemente el aleteo # tambiBn eleva la velocidad crítica de un movimiento puramente torsional. Para una sección dada de puente, una alta frecuencia natural de vibración por lo general es favorable:
Para luces cortas # moderadas, un incremento til de frecuencia, si es necesario, puede conseguirse al aumentar la rigidez de la armadura (aunque no se -a definido con precisión. puede considerarse que las luces moderadas inclu#en longitudes desde unos metros -asta apro&imadamente ** metros!. Para luces largas, no es económicamente posible obtener ningn aumento material de la frecuencia natural de los modos verticales por encima de los in-erentes a la luz # a la flec-a del cable. 2ebe considerarse la posibilidad de que para las luces largas en el futuro, con sus inevitables bajas frecuencias naturales, las oscilaciones debidas a características aerodinmicas desfavorables de la sección transversal, puedan se ms prevalentes que para los puentes de luz moderada.
En la ma#or parte de los sitios de puentes, el viento puede ser quebrado, esto es. puede ser no uniforme a travBs del sitio, inestable # turbulento. 5sí. Hna condición que pudiera causar serias oscilaciones no dura lo suficiente para llegar a generar una amplitud objetable. $in embargo debe tenerse en cuenta que: E&isten sin duda sitios en donde los vientos en ciertas direcciones son inusualmente estables # uniformes. E&isten secciones de puentes sobre las cuales cualquier viento, sobre un amplio intervalo de velocidad, continuar -asta generar algn modo de oscilación.
Hn aumento en la rigidez producido por un aumento de peso aumenta la capacidad de la estructura para almacenar energía sin aumentar la tasa a la cual el viento puede contribuir con la energía. El efecto es un aumento en el tiempo requerido para generar una amplitud objetable. Esto puede tener un efecto benBfico muc-o ma#or que el sugerido por el aumento porcentual en el peso, debido a la rpida reducción de la probabilidad de que el viento contine sin cambio por una ma#or duración. El aumento de rigidez puede producir un aumento en el amortiguamiento estructural # otros resultados favorables.
5unque no pueden darse criterios ms específicos que los anteriores, es posible dise%ar un puente colgante con un alto grado de seguridad contra las fuerzas aerodinmicas. Esto involucra el clculo de los modos naturales de movimiento de la estructura propuesta, la ejecución de ensa#os de modelos dinmicos de la sección para determinar los factores que afectan el comportamiento, # la aplicación de estos factores al prototipo mediante anlisis apropiado. En la ma#oría de los puentes de luces grandes construidos desde el colapso del puente de 7acoma, se -an seguido los procedimientos anteriores # se -an incorporado provisiones especiales en el dise%o para los efectos aerodinmicos. "os dise%adores de estos puentes por lo general -an favorecido las armaduras de rigidez sobre las vigas de rigidez. El segundo puente de 7acoma =arro>s, el de ort- oad # el de los estrec-os de AacJinac, por ejemplo, incorporan altas armaduras de rigidez con arriostramiento tanto superior como inferior, formando una armadura espacial para la torsión. "os puentes de ort- oad # el de los estrec-os de AacJinac tienen tableros con -endiduras. $in embargo, el puente $evern tiene una viga de rigidez aerodinmica en cajón cerrado # pBndolas inclinadas. En algunos dise%os se incorporan tirantas longitudinales de cable, tirantas de torre o incluso tirantas diagonales transversales (puente de 2eer Isle!.
5lgunos tienen tirantes e&tremos no cargados. Ktros tratan de aumentar el amortiguamiento estructural mediante fricción o medios viscosos. 7odos -an incluido estudios dinmicos de modelos como parte del dise%o. "a acción aerodinmica de los puentes atirantados es menos severa que la de puentes colgantes, debido a la rigidez ma#or producida por los cables tensados # el amplio uso de tableros con cajones de torsión.
CARGAS DE VIENTO SEG,N -ANAL DE DISE/O DE 0ENTES1*223 FE=E5"I252E$ "as presiones originales por el viento se supondrn proporcionales a la velocidad del viento al cuadrado. Para puentes con una altura de 3m o menos, medida desde nivel de agua o desde la parte ms baja del terreno, se supondr que la velocidad del viento es constante. "as velocidades a alturas ma#ores sern determinadas mediante:
'ER4AS S5S-ICAS. "a primera vez que la 55$97K publica criterios de dise%o sísmico de puentes es en 3?*4. En dic-a oportunidad, se consideraba el sismo en los puentes, como una fuerza -orizontal dada por la ecuación:
2onde: - 8 uerza -orizontal aplicada en cualquier dirección # en el centro de gravedad de la estructura. 2 8 'arga muerta de la estructura. ' 8 .+ para estructuras en cu#o plano de fundación el terreno est sometido a presiones ma#ores a .1 APa. ' 8 .1 para estructuras en cu#o plano de fundación del terreno est sometido a presiones inferiores a .1 APa.
' 8 .0 para estructuras asentadas sobre pilotes o tubulones. =o se toma en consideración la carga viva. En esa Bpoca el dise%o de los elementos de concreto armado se -acía para cargas de servicio. 'uando se consideraba las acciones sísmicas, se permitía incrementar los esfuerzos permisibles en un . L. En la actualidad, es evidente que el procedimiento descrito anteriormente para determinar las fuerzas sísmicas es obsoleto # a-ora est totalmente superado. 9asta antes del sismo de $an emando de 3?)3, se daba poca importancia al efecto sísmico en los puentes. En el sismo de $an emando colapsaron varios puentes, # es a partir de entonces que se vio la necesidad de establecer especificaciones ms realistas para el dise%o sísmico de puentes. $e iniciaron de inmediato los estudios # en 3?), el 2epartamento de 7ransportes de 'alifornia '5"75=$, introduce nuevos criterios para el dise%o sísmico de puentes. "os nuevos criterios establecen que el coeficiente sísmico se debe obtener mediante espectros de dise%oM inicindose desde entonces el desarrollo de metodologías ms racionales en el dise%o sísmico de puentes. "as recomendaciones de '5"75=$ son incorporados por la 55$97K en sus especificaciones de 3?)* # los mantiene -asta 3?4+. "a 55$97K, el a%o de 3?4 publica la dBcima tercera edición de sus especificaciones para el dise%o de puentes. En dic-a oportunidad se introducen cambios importantes en lo referente a las especificaciones para el dise%o sísmico de puentes. "as nuevas especificaciones se mantienen sin cambios -asta 3?44 e indican que se puede aplicar una de las dos alternativas siguientes: 3.< El mBtodo de la fuerza esttica equivalente (similar a lo establecido durante los a%os )*<4+!. +.< "os procedimientos de anlisis # dise%o que se establecen en un documento aparte, bajo el título: "AASHTO Fuide $pecifícations for $eismic 2esign of 9ig->a# 6ridgesN. $e observa que la metodología que se especifica en la segunda alternativa es la ms adecuada para zonas de alto peligro sísmico, por ello en adelante solamente nos referiremos a la nueva metodología. a6 'ilosof7a "e "ise+o "e las nuevas especificaciones El objetivo fundamental del dise%o sísmico de un puente es el de proporcionarle la capacidad suficiente para que pueda soportar un sismo severo sin colapsar. "a tendencia actual es a considerar sismos de dise%o ms realistas, distinguiendo los sismos peque%os # moderados de los sismos grandes o severos. "os sismos peque%os moderados pueden ocurrir varias veces durante la vida de la estructura mientras que la probabilidad de que ocurra un sismo severo es bastante menor. Estas consideraciones -an dado lugar a una nueva filosofía de dise%o sísmico. "as nuevas especificaciones de dise%o se -an desarrollado en base a los siguientes principios: a.< "os puentes deben resistir los sismos menores dentro del rango elstico sin ningn da%o. b.< 2eben resistir sismos moderados dentro del rango elstico con algn da%o reparable. c.< 2eben resistir sismos severos sin llevar al colapso total ni parcial, se aceptan da%os reparables. En las cimentaciones no se aceptan da%os. d.< En el proceso de dise%o se deben utilizar intensidades realistas para el sismo de dise%o.
"o anterior implica que durante un sismo moderado la estructura debe comportarse dentro del rango elstico # durante un sismo severo incursionar en el rango no lineal para lo cual debe tener la resistencia # ductilidad suficiente para disipar energía. "as zonas de disipación de energía # susceptibles a sufrir da%o deben ser accesibles para su reparación. $e acepta que es antieconómico dise%ar un puente para resistir un sismo severo elsticamente. El sismo de dise%o debe estar en función del coeficiente de aceleración m&ima esperada en la zona de ubicación de la estructura. "as ltimas especificaciones de la 55$79K , recomiendan como sismo de dise%o aquel evento que tenga el ?L de probabilidad de no ser e&cedido en * a%os, que es equivalente a un período de retomo de 1)* a%os o un riesgo anual promedio de .+ eventos por a%o. "os puentes deben ser dise%ados para que continen funcionando durante # despuBs de un sismo.
$6 An!lisis s7s#ico "e puentes "e acuer"o a8 9AAST:O gui"e specifications for seis#ic "esign of ;ig;1
"os mBtodos de anlisis # dise%o sísmico de puentes que se establecen en las especificaciones son totalmente diferentes a todo lo anteriormente publicado por la 55$97K. Por ejemplo, los procedimientos de anlisis # las e&igencias de dise%o no son las mismas para todos los casos, sino que dependen de: < El nivel de aceleraciones (5d ! que se espera en la zona de ubicación del puente. < "a importancia del puente, ( I ó II !. < El tipo de estructura (regular o irregular!. En la figura 4.16 se muestra el diagrama de flujo del procedimiento de dise%o. 5 continuación se detalla cada uno de los pasos.
$.). Deter#inaci%n "el coeficiente "e aceleraci%n ?A"6 El coeficiente de aceleración se obtiene del mapa de zonificación sísmica o se determina mediante un estudio de riesgo sísmico para la zona de ubicación del puente. El coeficiente de aceleración de dise%o (5d! se debe determinar de acuerdo a la filosofía de dise%o que se -a descrito anteriormente. En el caso de obras especiales se recomienda realizar un estudio de riesgo sísmico. $.*. Definir la i#portancia "el puente. "os puentes de acuerdo a su importancia se clasifican en dos grupos:
"os puentes esenciales deben funcionar durante # despuBs de un sismo severo.
$.3. Categor7a "e co#porta#iento s7s#ico8 CCS En base a los parmetros anteriores ('oeficiente de aceleración A" e Importancia!, a cada puente se le asigna una categoría de comportamiento sísmico ''$ de acuerdo a la tabla 4.+.
Hna vez definida la categoría de comportamiento sísmico ''$ (5, 6, ' o 2!, el mBtodo de anlisis a efectuar # los requerimientos mínimos que deben cumplir en el dise%o del puente, dependen de dic-a categoría.
'igura (.)@
"as e&igencias en el anlisis # dise%o sísmico de puentes, no son las mismas para todos los casosM por ejemplo: "os puentes de un solo tramo # los de categoría A, no requieren un anlisis sísmico detallado. En estos casos, las e&igencias se refieren principalmente al dise%o de las cone&iones # a la longitud que deben tener los soportes de la superestructura "s. Aientras que en los puentes irregulares con categoría D, se requiere efectuar un anlisis dinmico multimodal.
$.(. Deter#inaci%n "el proce"i#iento "e an!lisis re&ueri"o. "os puentes con ''$ 8 5, no requieren un anlisis sísmico detallado. Para los puentes con ''$ 8 6, ' o 2, se debe realizar uno de los dos procedimientos de anlisis que se definen a continuación: 0roce"i#iento )8 ABtodo espectral uní
Para los fines de cómo utilizar la tabla 4.. Hn puente REGLAR es aquel que no tiene un cambio brusco o inusual en masa, rigidez o geometría entre apo#os ad#acentes (e&cluidos los estribos!. Por ejemplo, un puente puede ser considerado regular si la rigidez de los pilares no difiere en ms de +*L. Hn puente irregular es aquel que no satisface la definición de puente regular.
c6 C!lculo "e fueras = "esplaa#ientos. Para los puentes con ''$ 8 6 , ' ó 2, las fuerzas o desplazamientos elsticos pueden ser determinados independientemente en las direcciones longitudinal # transversal, siguiendo el procedimiento de anlisis definido segn la tabla 4..
En el anlisis sísmico se tendr en cuenta las recomendaciones que da la 55$97K respecto a: a.< Espectro de dise%o. b.< Aodelo matemtico para el anlisis. c.< 'ombinación de las fuerzas sísmicas ortogonales. d.< actor de modificación de la respuesta .
a.1 Coeficiente "e Respuesta S7s#ica El!stica = Espectro "a 55$97K especifica que el coeficiente de respuesta sísmica elstica 'e, sea determinado mediante la e&presión:
2onde: 'e: 'oeficiente de respuesta sísmica elstica. 5d: 'oeficiente de aceleración de dise%o. $ : actor de suelo (3. , 3.+ , ó 3.*!. 7 : Período de vibración -orizontal del puente en la dirección considerada (O, !. El valor de 'e no ser ma#or de +.*5d. En suelos tipo III cuando 5d 8 ., 'e =o ser ma#or que + 5d. Para el caso de anlisis multimodal, se utiliza la misma e&presión del coeficiente 'e, reemplazando 7 por el período 'i del correspondiente modo i de vibración. Es oportuno -acer notar al estudiante que debe diferenciar el coeficiente de respuesta sísmica elstica que da lugar a las fuerzas sísmicas elsticas, # lo que son las fuerzas de dise%o, que se obtienen dividiendo las fuerzas elsticas por el factor de modificación .
$.1 -o"elo #ate#!tico para el an!lisis s7s#ico Para efectuar el anlisis sísmico del puente es necesario idealizar la estructura mediante un modelo matemtico que refleje adecuadamente la distribución de rigideces # masas del sistema estructural. Igualmente recomendable tomar en cuenta la interacción suelo< cimentación
c.1 Co#$inaci%n "e las fueras s7s#icas ortogonales. "a acción sísmica sobre una estructura, puede actuar en cualquier dirección. Para tomar en cuenta esta posibilidad, las fuerzas # momentos sísmicos que se obtengan del anlisis en las dos direcciones perpendiculares, deben ser combinados para formar dos estados de carga de acuerdo a lo siguiente:
Esta"o "e carga ) "e acciones s7s#icas8 3L dirección longitudinal Q L dirección transversal Esta"o "e carga * "e acciones s7s#icas8 3L dirección transversal Q L dirección longitudinal
".1 'actor "e #o"ificaci%n "e respuesta R. "as fuerzas que se obtienen con un espectro de respuesta elstico deben ser modificadas para tomar en cuenta la incursión de la estructura en el rango no lineal cuando el sismo es severo. "as fuerzas sísmicas espectrales se deben dividir por el factor de modificación de respuesta que se da en la siguiente tabla 4.10.
"6 Re&ueri#ientos #7ni#os "e "ise+o. Para cada tipo de requerimiento de comportamiento sísmico se especifican ciertos requerimientos mínimos que debe cumplir el dise%o de un puente. ".). Re&ueri#ientos para puentes "e un solo tra#o. Para el dise%o de puentes de un solo tramo no se requiere realizar un anlisis sísmico detallado, pero debe cumplir ciertos requisitos mínimos que se describen a continuación. a.< "as cone&iones entre la superestructura # los estribos deben ser dise%ados longitudinal # transversalmente para resistir una fuerza -orizontal igual al producto dela reacción por carga permanente multiplicado por el coeficiente de aceleración 5d. b.< "a longitud de soporte "s en los apo#os ver figura 4.1, no debe ser menor de lo indicado en la tabla 4.11.
2onde: " 8 "ongitud en metros de la superestructura. 9 8 5ltura del pilar o columnas, (cero para puentes de un solo tramo!
Nota8
$i el anlisis sísmico da desplazamientos ma#ores, estos deben ser tomados con "s mínimos.
".*. Re&ueri#ientos #7ni#os para puentes con CCS A Para puentes con categoría de comportamiento sísmico ''$ 8 5 , tampoco es necesario un anlisis sísmico detallado, pero se debe cumplir los siguientes requerimientos: a.< "as cone&iones de la superestructura a la subestructura sern dise%adas para resistir una fuerza sísmica -orizontal igual a .+ veces la reacción por carga permanente. b.< "ongitud de soporte de acuerdo a tabla 4.11.
".3. Re&ueri#ientos #7ni#os para puentes con CCS B Para esta categoría de comportamiento las fuerzas sísmicas de dise%o se determinan mediante un anlisis sísmico espectral uní
Nota8 7ener presente que la combinación e&presada anteriormente corresponde a condiciones ltimas. B. 'ueras s7s#icas "e "ise+o para ci#entaciones. Para el dise%o de las cimentaciones se utiliza un factor igual a la mitad del factor de la columna o pilar correspondienteM en consecuencia, la fuerza sísmica de dise%o para la cimentación es el doble de la que se utiliza en los pilares. H 8 3. (2 Q 6 Q $ Q E Q ER ! (+! 2onde: ER: uerzas sísmicas elsticas del estado de carga 3 ó + modificadas dividiendo por la mitad del factor (ER (.*!!. El dise%o conservador de las cimentaciones se encuadra con la filosofía del dise%o sísmico de no permitir da%os en las cimentaciones.
Nota8 Para cimentaciones piloteadas el factor no se divide por +. "a longitud mínima de soporte se determina de acuerdo al anlisis, pero en todo caso no debe ser menor que lo especificado en la tabla 4.11 .
".(. Re&ueri#ientos para puentes con categor7a C = D. Para los puentes con categoría de comportamiento sísmico ' ó 2 se consideran dos sistemas de fuerzas sísmicas: a.< uerzas sísmicas modificadas que se obtienen en forma similar al de los puentes de categoría B, con la e&cepción que para las cimentaciones (ER! se asume un factor igual a 3. b.< uerzas sísmicas resultantes de considerar rótulas plsticas en columnas # pilares. En el clculo de los momentos plsticos en las columnas de concreto armado -a# que considerar una sobre
f6 Consi"eraciones para el "ise+o en concreto ar#a"o. En general, para el dise%o estructural de los elementos del puente se recomienda utilizar las especificaciones de la 55$97K # las recomendaciones del comitB 5'I<5$'E 1(1! que son mas e&igentes que el código del 5'I para edificaciones. Para el dise%o
sismo
f.*. Re&ueri#ientos para la categor7a B Para los puentes con ''$ 8 6 se -a establecido un refuerzo transversal mínimo en los e&tremos de las columnas en forma de cuantías mínima de refuerzo de corte # espaciamientos m&imos permitidos. Ejemplo: Para columnas rectangulares:
se toma el que sea ma#or, 2onde: 5g 8 Srea total de la columna 5c 8 Srea del ncleo de la columna a 8 Espaciamiento de estribos, (m&. 3 cm! -c 8 2imensión del ncleo de la columna en la dirección en consideración.
f.3. Re&uisitos #7ni#os para las categor7as C = D Para estas categorías de comportamiento sísmico las e&igencias de requerimientos mínimos son ma#ores, debe cumplir las e&igencias de la CCS 8 6 # adems lo siguiente: a.- Resistencia a flei%n8
El factor de reducción de resistencia en columnas ser .* cuando el esfuerzo por carga a&ial e&ceda el .+TfUc. El valor puede ser incrementado linealmente de .* a .? cuando el esfuerzo debido a la carga a&ial est entre .+ f Uc # .
Refuero por cortante8 5dicionalmente a lo establecido en las especificaciones estndar de la AASHTO, se especifica: En los e&tremos de las columnas se asume que el esfuerzo cortante que toma el concreto es cero (/c 8 ! a menos que el esfuerzo mínimo por carga a&ial sea ma#or que ,.l f Uc. b.-
g) Comentarios. observaciones y recomenaciones.
"as ltimas especificaciones de dise%o sísmico de puentes de la 55$97K constitu#en un avance importante # se encuadra dentro de la nueva filosofía de dise%o sísmico que se est imponiendo en diversos países. Entre los aspectos destacables podemos se%alar: 3! "os requerimientos de anlisis # dise%o no son los mismos para todos los casos sino que depende del peligro sísmico de la zona, importancia de la obra # del tipo de sistema estructural. Es así como: a. Para los puentes de un solo tramo # categoría de comportamiento sísmico ''$ 8 5 no se requiere realizar un anlisis sísmico siendo suficiente cumplir con los requerimientos mínimos de longitud de soporte ("s! # dise%o de las cone&iones, mientras que: b. Para los puentes de varios tramos, irregulares # en zonas de alto peligro sísmico se especifica que se debe realizar un anlisis espectral multimodal # detallar adecuadamente los elementos de concreto de tal manera de que tengan la ductilidad suficiente para disipar energía durante sismos severos. +! $e utiliza un espectro elstico de dise%o que considera sismos severos # factores de modificación de respuesta (! que reducen las fuerzas al nivel de fluencia de la estructura, por lo tanto, para el dise%o #a no es necesario amplificar las fuerzas sísmicas por factores de carga ma#ores a la unidad. ! Ktro aspecto que merece destacar es el -ec-o que se da importancia al clculo de desplazamientos fijando valores mínimos para la longitud de soporte en los apo#os ("s!. El -ec-o de especificar el dise%o de las cone&iones de manera ms conservadora es igualmente aceptado por cuanto el ma#or costo que se tenga en cone&iones es poco comparado con el costo total de la obra # los beneficios de seguridad adicional que se logra. En el pasado -an fallado muc-os puentes por no -aber tenido la longitud de soporte adecuados o por falla de las cone&iones.
ANEO ERHI$I7K$ AV=IAK$ 2E 5=S"I$I$ PK EE'7K$ $V$AI'K$ "os requisitos mínimos de anlisis del Aanual de 2ise%o de Puentes, especifican en la tabla +.34
'ER4AS DE 'RENADO 'oncebidas como fuerzas longitudinales que actan sobre los tableros de los puentes, cuando los ve-ículos detienen rpidamente su movimiento.
'ueras longitu"inales. $on provocadas por el frenado brusco de los ve-ículos # su magnitud est dada por el * L de la carga viva sin impacto aplicada en todas las fajas de trfico # desarrollada en la, misma dirección. $e emplea la carga equivalente # su correspondiente carga concentrada para momento segn se detalla a continuación:
2onde: r 8 uerza longitudinal debida al frenado. q 8 'arga equivalente del ve-ículo especificado. " 8 "ongitud total del puente. 'm8 'arga concentrada para momento. n 8 =umero de fajas de trfico. El centro de acción de esta fuerza se encuentra a 3.4 m. sobre la capa de rodadura.
ACELERACIN Deter#inaci%n "el coeficiente "e aceleraci%n ?A"6 El coeficiente de aceleración se obtiene del mapa de zonificación sísmica o se determina mediante un estudio de riesgo sísmico para la zona de ubicación del puente. El coeficiente de aceleración de dise%o (5d! se debe determinar de acuerdo a la filosofía de dise%o que se -a descrito anteriormente. En el caso de obras especiales se recomienda realizar un estudio de riesgo sísmico.
SEG,N -ANAL DE DISE/O DE 0ENTE1*223 "as fuerzas de frenado # aceleración se supondrn iguales a +* L de las cargas verticales de cada uno de los ejes de los camiones o tndem de dise%o correspondiente a las vías con el mismo sentido del trfico. En Bl computo de estas fuerzas no se incluir la sobrecarga uniforme. 2ebern incluirse factores modificatorios, pero no los efectos dinmicos.
