PUENTES CON ASILADORES SISMICO RESENTACION02.pdf

PUENTE RIO CLARO Y VIADUCTO LAS CRUCES: SOLUCIÓN CON AISLADORES SÍSMICOS CON NUCLEO DE PLOMO

Presentador: José Luis Seguel VI Congreso Anual de Ingeniería Estructural – Proyectando la Experiencia Chilena

Chiloé, Noviembre 2013

1.

2.

Introducción

Ensayo Aisladores

1.1 Experiencia Puentes en Chile

4.1 Requisitos laboratorios e inspección de ensayos

1.2 Experiencia Chilena Aislación sísmica Puentes

4.2 Ensayos Prototipos

1.3 Normativa de Diseño

4.3 Ensayos Verificación Calidad

1.4 Definición y tipos de aislación sísmica

4.4 Informe de resultados y aprobación

Casos de Estudio

5.

Detalles Constructivos

2.1 Puente Río Claro Poniente

5.1 Muro Estribos

2.2 Viaducto Las Cruces

5.2 Juntas de dilatación

2.3 Estudios de Riesgo Sísmico

5.3 Baranda en zona de junta de dilatación

2.4 Datos Diseño Aislación Sísmica 3.

4.

6.

Comentarios y Conclusiones

Modelación y resultados 3.1 Parámetros para calculo aisladores sísmicos 3.2 Iteración para diseño de aislador 3.3 Modelación SAP2000

VI Congreso Anual de Ingeniería Estructural – Proyectando la Experiencia Chilena


1.1 EXPERIENCIA DE PUENTES EN CHILE 1.1.1 Puentes Chilenos a. Vigas pretensadas simplemente apoyadas:

PI Nantoco, tramo Ruta Vallenar‐Caldera Puente Peor Ruta es 5, Nada, 5, tramo Santiago‐Talca

‐ ‐ ‐ ‐

Tipología más utilizada en nuestro país. En general, tramos entre 15.0 m y 45.0 m. Facilidad constructiva. Tiene como desventaja el peso de las vigas y , por lo tanto, del tablero. ‐ Uso de placas de neoprenos.



1.1 EXPERIENCIA DE PUENTES EN CHILE 1.1.1 Puentes Chilenos b. Vigas de acero simplemente apoyadas:

Puente Peuco, Longaví, 5, tramo Santiago‐ RutaRuta 5, tramo Santiago‐Talca Talca

‐ Mayor longitud de vano, en general, hasta 60.0 m (tramos s.a, tramos continuos). ‐ Menor peso del tablero por menor peso de vigas. ‐ Tiene como desventaja la mantención de las vigas y el precio fluctuante del acero en el mercado. ‐ Uso de placas de neoprenos.



1.2 EXPERIENCIA CHILENA AISLACION SISMICA EN PUENTES ‐

En Chile existe muy poca experiencia en Puentes con Aislación Sísmica, y en general, en sistemas de protección sísmica incluida disipación de energía.

‐

Ejemplos son: Viaducto El Salto del Troncal Sur, V región; Viaducto Marga Marga del Troncal Sur, V región; Viaducto Amolanas de la Ruta 5 Tramo Santiago – La Serena, IV región.

‐

Hasta la construcción del Puente Río Claro Poniente, no se tenía experiencia en Aislación Sísmica de Puente con Aisladores de Goma Natural con Núcleo de Plomo.



1.2 EXPERIENCIA CHILENA AISLACION SISMICA EN PUENTES Viaducto El Salto, Troncal Sur, V región



1.2 EXPERIENCIA CHILENA AISLACION SISMICA EN PUENTES Viaducto Marga Marga, Troncal Sur, V región



1.2 EXPERIENCIA CHILENA AISLACION SISMICA EN PUENTES Viaducto Amolanas, Ruta 5, IV región



1.3 NORMATIVA  “Standard Specifications for Highway Bridges”. American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO. 17a Edición. 2002.  “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications”. Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO. 4ta Edición 2004.  “Guide Specifications for Seismic Isolation Design”. American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO 3ra Edición, 2010.

 “Manual de Carreteras Volumen 3. Instrucciones y Criterios de Diseño”. Capitulo 3.1000 Puentes y Estructuras Afines. Ministerio de Obras Publicas, Chile. Edición 2013.



1.4 DEFINICION Y TIPOS DE AISLACION SÍSMICA 1.4.1 Definición

Fuente: DIS, Dynamic Isolation Systems



1.4 DEFINICION Y TIPOS DE AISLACION SÍSMICA 1.4.2 Tipos mas comunes

‐

Aislamiento sísmico con apoyos elastoméricos de bajo y alto amortiguamiento, LDRB y HDRB, amortiguamiento del orden del 10%

‐

Aislamiento sísmico con apoyos elastoméricos de alto amortiguamiento con núcleo de plomo, LRB, amortiguamiento del orden del 20% .

‐

Aislamiento sísmico con apoyos elastoméricos de alto amortiguamiento, (HDRB) y amortiguadores viscosos, amortiguamiento del orden del 30% .

‐

Otros dispositivos (pot, apoyos pendulares, etc).



1.4 DEFINICION Y TIPOS DE AISLACION SÍSMICA 1.4.2 Tipos más comunes

Fuente: DIS, Dynamic Isolation Systems



1.4 DEFINICION Y TIPOS DE AISLACION SÍSMICA 1.4.2 Tipos más comunes

Fuente: Alga.it



2.1 PUENTE RÍO CLARO PONIENTE ‐ 2011 ‐

Concesión Ruta 5 tramo Santiago‐Talca, Concesión Autopista del Maipo, Dm. 216.886, VII Región.




Longitud: 124.50 m, en 3 tramos.

‐

Ancho Tablero 14.76 m.

‐

Altura de Cepas, 21.50 m aprox. (Loseta de Continuidad sobre cepas)




Vigas Pretensadas simplemente apoyadas de 2.25 m de altura, separadas a eje a 3.00 m.

‐

Suelo Tipo II en Zona Sísmica 3 (Manual de Carreteras MOP).

‐

Socavación Total Considerada 4.36 m aprox. (100% de la socavación según PSS Manual de Carreteras Vol. 3)



2.1 PUENTE RÍO CLARO PONIENTE ‐ 2011 Situación de Proyecto: ‐

Puente antiguo, albañilería, 1888  Puente emblemático e histórico.

‐

Puente colapsa para el Sismo del 27 de Febrero de 2010, cortándose la Ruta 5 y perdiendo conectividad hacia el sur.

‐

MOP indica requerimiento de aumentar el Factor de Seguridad de la Estructura ante eventos sísmicos de gran magnitud.

‐

Emplazado en Zona Sísmica 3 y con Tipo Suelo II (Discusión por Zona Sísmica).

‐

Modificación ancho de tablero (aumento de ancho de 2 a 3 pistas).



2.1 PUENTE RÍO CLARO PONIENTE ‐ 2011



2.2 VIADUCTO LAS CRUCES ‐ 2013 ‐

Concesión Ruta 160, Tramo Coronel – Tres Pinos, Dm. 44.335, VIII Región.




Longitud: 139.40 m, en 4 tramos.

‐

Ancho Tablero 21.70 m.

‐

Altura de Cepas, 16.00 m aprox. (Loseta de continuidad en Cepas).




Vigas Pretensadas simplemente apoyadas de 1.86 m y 2.50 m de altura, separadas a eje a 3.63 m.

‐

Suelo Tipo IV en Zona Sísmica 3.

‐

Socavación Total Considerada 3.00 m aprox. (100% de la socavación según PSS Manual de Carreteras Vol. 3)



2.2 VIADUCTO LAS CRUCES ‐ 2013 Situación de Proyecto: ‐

Puente con cepas de altura mayor (aprox. 16.00 m).

‐

Emplazado en Zona Sísmica 3 y con Tipo Suelo IV (incluso con algunos estratos licuables).

‐

En análisis sin aislación sísmica, los esfuerzos sobre columnas y pilotes superaban largamente los rango admisibles.

‐

Se disminuyen considerablemente los esfuerzos en los elementos con la implementación de Aislación Sísmica.

‐

Desplazamientos longitudinales totales de aprox. 60 cm (sin sistema de aislación sísmica).



2.2 VIADUCTO LAS CRUCES ‐ 2013



2.3 ESTUDIOS DE RIESGO SISMICO ‐

Exigencia del MOP para diseño de proyectos con sistema de Aislación Sísmica.

‐

Estudio del sitio específico de emplazamiento de la estructura (distintos niveles de estudio).

‐

Se debe considerar en el tiempo de desarrollo del proyecto estructural, la elaboración de este informe (en general 1 mes), partiendo desde la ingeniería básica acabada (topografía, mecánica de suelos, etc.) y un anteproyecto del puente.

‐

El resultado de este informe será el espectro de diseño específico para el Puente.



2.3 ESTUDIOS DE RIESGO SISMICO



2.3 ESTUDIOS DE RIESGO SISMICO

1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

Tm (seg) ESPECTRO DE DISEÑO

2,50

2,25

2,00

1,75

1,50

1,25

1,00

0,75

0,50

0,25

Espectro Diseño, amortiguamiento = 5%, según estudio de riesgo sísmico

0,00

Sa/g

ESPECTRO DE DISEÑO SISMICO


ESTUDIO RIESGO SISMICO 5% MCV3

Puente Rio Claro Poniente



2.3 ESTUDIOS DE RIESGO SISMICO ESPECTRO DE DISEÑO SISMICO 1,20 1,10 1,00 0,90

Sa/g

0,80


0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10

Tm (seg)

2,50

2,25

2,00

1,75

1,50

1,25

1,00

0,75

0,50

0,25

0,00

0,00

Coeficiente de amortiguamiento para periodos mayores a 0.8xTeff (Guide Specification for Seismic Isolation Design)

ESPECTRO DISEÑO ESTUDIO RIESGO SISMICO MCV3

Viaducto Las Cruces



2.4 DATOS DISEÑO AISLACION SISMICA 2.4.1 Puente Río Claro Poniente ‐

T eff = 2.10 seg.

‐

K eff = 130 ton/m

‐

Amortiguamiento mínimo de  = 10 %.

‐

Carga Axial : ‐ Peso Propio + SC Permanente (D) = 89.20 Ton ‐ Carga Viva (LL) = 35.94 Ton ‐ Adicional por Volcamiento (OT) = 0.00 Ton

‐

Desplazamientos máximos: ‐ Por Temperatura: 3.6 cm ‐ Por Viento + Frenado: 2.0 cm ‐ TDD = 6.0 cm



2.4 DATOS DISEÑO AISLACION SISMICA 2.4.2 Viaducto Las Cruces ‐

T eff = 2.40 seg

‐

K eff = 149 ton/m

‐

Amortiguamiento mínimo de  = 20 %.

‐

Carga Axial : ‐ Peso Propio + SC Permanente (D) = 76.2 Ton ‐ Carga Viva (LL) = 41.08 Ton ‐ Adicional por Volcamiento (OT) = 0.00 Ton

‐

Desplazamientos máximos: ‐ Por Temperatura: 5.0 cm ‐ Por Viento + Frenado: 2.5 cm ‐ TDD = 32.70 cm



3.1 PARAMETROS PARA CALCULO AISLADORES SISMICOS 1. PROPIEDADES Modulo de Corte (G)

Según Proveedor, entre 0.38 MPa y 0.70 MPa

Modulode deCorte Corte(Gc) Núcleo de plomo (Gp) Modulo Esfuerzo fluencia de la Goma Natural ( y)

Según Proveedor, valor normal 150 MPa

PUENTE RIO CLARO G= 0.50 MPa VIADUCTO LAS CRUCES G= 0.45 a 0.55 MPa

Según proveedor, valor normal 8.6 MPa

2. DIMENSIONES Diámetro Aislador (D) Número de "layers" de gomas (N) Diámetro Núcleo Plomo (Dp) Espesor placas de acero (ts) Espesor goma natural entre placas de acero (ti) Recubrimiento lateral de Goma Natural (cs) Espesor Placa Montaje (tp) Espesor placa interior (tip)


Las propiedades geométricas pueden variar según los requerimientos de cada proyecto en particular.


3.1 PARAMETROS PARA CALCULO AISLADORES SISMICOS 3. CONDICIONES DE DISEÑO Desplazamiento Longitudinal (U1) (SAP2000 para comb long) Desplazamiento Transversal (U2) (SAP2000 para comb long) Desplazamiento Total de diseño (dD)

Las condiciones de diseño se extraen del modelo de cálculo (SAP2000 u otro software). El proceso es iterativo, tal como se comenta a continuación.

Fuente: Guide Specification for Seismic Isolation Desgin, 3rd Edition



3.2 ITERACION PARA DISEÑO DE AISLADOR 1° Definir un amortiguamiento objetivo, en general entre un 10% y un 25% para aisladores de goma natural con núcleo de plomo. 2° Estimar el valor de K eff (rigidez horizontal efectiva), según, por ejemplo, indicaciones de los distintos proveedores. 3° Determinar con el modelo de cálculo los desplazamientos máximos del aislador para este K eff (Obtención de condiciones de diseño). 4° Determinar dimensiones del aislador, en función de los espacios para disponer el elemento y el cumplimiento de condiciones de diseño según la normativa. 5° Verificar el cumplimiento del valor de amortiguamiento objetivo. Si se cumple el diseño se valida, si no se cumple se volverá al paso 2 con un nuevo K eff. Fuente: DIS, Dynamic Isolation Systems



3.2 ITERACION PARA DISEÑO DE AISLADOR



3.3 MODELACION SAP2000 3.3.1 Elemento Link Support Se define un modelo tridimensional en SAP2000, en general, se privilegian los elementos frame sobre los elementos shell. Los elementos de apoyo, es decir, en la interface entre la super e infraestructura se modelan con elementos link support, con la opción de Rubber Isolator que entrega el software, y que permite definir un elemento con un Kvertical y un Keff horizontal.



3.3 MODELACION SAP2000 3.3.2 Modelo



3.3 MODELACION SAP2000 3.3.2 Modelo



3.3 MODELACION SAP2000 3.3.3 Comparación resultados con y sin Aislación Sísmica Puente Río Claro Poniente

SIN AISLACION

CON AISLACION

T eff (seg)

1.55

2.10

K placa apoyo (T/m)

752

130

Amortiguamiento

5%

10%

D máx. (cm) *

11.0

9.0 (‐19%)

976.42

825.23 (‐15%)

M máx en Col. Cepa (T‐m)

* Superior en columnas de cepa



3.3 MODELACION SAP2000 3.3.4 Comparación resultados con y sin Aislación Sísmica Viaducto Las Cruces

SIN AISLACION

CON AISLACION

T eff (seg)

1.80

2.40

K placa apoyo (T/m)

585

149

Amortiguamiento

5%

20%

D máx. (cm) *

25.4

15.8 (‐38%)

M máx en Col. Cepa (T‐m)

4400

2754 (‐37%) * Superior en columnas de cepa



4.1 REQUISITOS LABORATORIOS E INSPECCION DE ENSAYOS ‐

El ensayo de los prototipos y los ensayos de verificación de calidad deberán realizarse en un laboratorio debidamente reconocido y certificado internacionalmente, mediante la instrumentación requerida, con piezas de adaptación si corresponde, sin limitaciones físicas para el tamaño de los aisladores ensayados y con la instrumentación dotada con una capacidad de carga acorde a las solicitaciones detalladas anteriormente.

‐

El laboratorio deberá ser capaz de demostrar experiencia internacional en el ensayo de aisladores de similares características.

‐

Los ensayos de los prototipos y de verificación de calidad de los aisladores deberán contar con la presencia en el mismo laboratorio de personal designado por el MOP, que actuará como ministro de fe de la correcta realización de los mismos, además de seguir el protocolo de ensayos elaborado por el proyectista y aprobado por el MOP.

Laboratorio Ensayo Aisladores, DIS, RENO, EEUU.



4.2 ENSAYOS PROTOTIPOS ‐

Se ensayarán como mínimo 2 prototipos, con los datos proporcionados por el Ingeniero Estructural. (cargas y desplazamientos según Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition).

‐

Los prototipos ensayados deberán ser de tamaño real, sin escalar, y deben ser ensayados de a pares. Los prototipos no se llevarán a la rotura.

‐

Estos prototipos no podrán ser utilizados en el proyecto del puente carretero.

Prototipo 1, Puente Río Claro Poniente

Prototipo 2, Puente Río Claro Poniente



4.2 ENSAYOS PROTOTIPOS 4.2.1 Desplazamiento lateral por Temperatura (Ref. 13.2.2.1 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.2.2 Desplazamiento lateral por Viento y Frenado. Previo a ensayo sísmico. (Ref. 13.2.2.2 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.2.3 Comportamiento sísmico (Ref. 13.2.2.3 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.2.4 Desplazamiento lateral por Viento y Frenado. Posterior a ensayo sísmico. (Ref. 13.2.2.4 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.2.5 Verificación Comportamiento Sísmico (Ref. 13.2.2.5 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.5.6 Estabilidad (Ref. 13.2.2.6 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)



Prototipo 1

Prototipo 2 Ensayo

Resultado Ensayos





4.3 ENSAYOS VERIFICACION CALIDAD ‐

Se ensayarán todos los aisladores sísmicos que se utilizarán en el proyecto.

‐

El ensayo es para asegurar la calidad de cada uno de estos elementos.



4.3 ENSAYO VERIFICACION CALIDAD 4.3.1 Verificación Compresión (Ref. 15.2.1 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.3.2 Verificación Compresión y Corte simultáneos (Ref. 15.2.2 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

4.3.3 Inspección Visual. Criterios de Aceptación (Ref. 15.2.3 Guide Specifications for Seismic Isolation Design, AASHTO, 3th Edition)

a) b) c) d)

Problemas de adherencia entre goma natural y placa de acero. Falla en la ubicación de las láminas. Grietas superficiales de ancho o profundidad mayor a 2/3 del espesor de recubrimiento. Deformaciones permanentes.



4.4 INFORME DE RESULTADOS Y APROBACION ‐

Finalizados los ensayos, el laboratorio deberá emitir un informe con todos los resultados obtenidos adjuntando videos y fotografías de los mismos, verificando las propiedades supuestas en el diseño, el cual deberá contar con la aprobación del Ingeniero Estructural del proyecto y del Departamento de Estructuras del MOP. Chile.



5.1 MURO ESTRIBO

Aumento espesor Muro Espaldar Aumento espesor Muro Frontal

Reducción de peso

Estribo

Viga + Travesaño

Estribo Fundación Directa Junta de Dilatación Modular



5.2 JUNTAS DE DILATACION ‐

El cálculo de la Junta de dilatación viene dado por la máxima deformación lateral del Aislador Sísmico.

‐

Puede incidir de manera importante en el costo final del Puente Carretero.

‐

En los dos casos de estudio, para la elección de la Junta de Dilatación, se optó por una Junta de Dilatación Modular que permite un rango de movimiento aceptable en el sentido transversal de la estructura. En ambos casos, fue este último el que controló el diseño.

Junta de Dilatación DS240, Río Claro Poniente



5.2 JUNTAS DE DILATACION ‐

Puente Río Claro Poniente ‐

Junta Maurer DS240 d longitudinal = +/‐ 240 mm d transversal = +/‐ 120 mm

‐

Viaducto las Cruces ‐

Junta Maurer DS640 ó Techstar LG8 fmin d longitudinal = +/‐ 640 mm d transversal = +/‐ 320 mm



5.2 JUNTAS DE DILATACION Juntas de Dilatación Modulares Maurer



5.2 JUNTAS DE DILATACION Juntas de Dilatación Modulares Maurer



5.2 JUNTAS DE DILATACION Juntas de Dilatación Techstar



5.2 JUNTAS DE DILATACION Juntas de Dilatación Techstar



5.3 BARANDA EN ZONA DE JUNTA DE DILATACION Apoyo Fijo

Apoyo Móvil

Plancha Acero

Junta debe permitir movimiento transversal y longitudinal.



‐

En el último tiempo, las estructuras viales con aislación sísmica en Chile se han constituido en una buena alternativa para el diseño de puentes carreteros (reducción costos, conocimiento técnico, seguridad estructural adicional).

‐

Cada vez existen más proyectos concebidos para utilizar algún sistema de aislación sísmica.

‐

Las estructuras son más flexibles con aislación y pueden soportar sismos de gran intensidad.

‐

La comunidad de ingeniería (mandantes, proyectistas, proveedores, revisores) están mejor capacitados técnicamente para abordar este tipo de proyectos.

‐

Existen varios proveedores en el mercado chileno (nacionales e internacionales) para los aisladores sísmicos, lo que lo convierte en un mercado competitivo.

‐

Los ensayos de los aisladores están definidos por normas, elaborándose un protocolo de ensayos, por parte del proyectista estructural.



PUENTE RIO CLARO Y VIADUCTO LAS CRUCES: SOLUCIÓN CON AISLADORES SÍSMICOS CON NUCLEO DE PLOMO

Fin presentación.



PUENTES CON ASILADORES SISMICO RESENTACION02.pdf

Recommend Documents