Dr Pique Del Pozo - Aspectos de Ingenieria Sismorresistente

ASPECT OS DE INGENIERÍ ASPECTOS ING ENIERÍA A SISMORRESISTENTE Dr . Ing Ing°° Javier Piqué del Pozo

Esquema Fuerzas horizontales: longitudinales, transversales, verticales n Normas: AASHTO: estándar, LRFD n Clasificación de puentes:esenciales, otros n Métodos según AASHTO n Propuesta de Normas Peruanas n Aisladores n

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Criterios de diseño Los principios usados en las normas AASHTO son: n 1) Sismos leves a moderados deben ser resistidos dentro del rango elástico de los elementos resistentes sin daño significativo si gnificativo n 2) En el proceso de diseño deben usarse intensidades y fuerzas realistas. CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI UNI

Criterios de diseño (2) Los principios usados en las normas AASHTO son: n 3) Exposición a sismos severos no debería causar colapso parcial o total. Donde sea posible el daño producido debe ser rápidamente detectable y accesible para inspección y reparación. CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI UNI

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO , basado en AASHTO

Diagrama de flujo del diseño sísmico (1) Determinación del Coeficiente de aceleración (zona)

Asignar categoría de comportamiento sísmico (SPC)

Determinación de factor de importancia

Determinar el factor de suelo, S Determinar el factor de modificación, R Simplemente apoyado

SI, consideraciones mínimas en apoyos

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Diagrama de flujo del diseño sísmico (2) Simplemente apoyado

SI, consideraciones mínimas en apoyos

NO Categoría A, consideraciones mínimas en apoyos

Otras categorías


Proceso de análisis basado en AASHTO 1996 n

Determinar aceleración del suelo. AASHTO (A), Perú: (Z)

(Cu ando se disponga de estudi os de peli gr o sí smi co en el siti o, Z podr átomarse como el 75% de la aceleraci ón del terreno, expr esada en gals, que tiene una probabil idad de 90% de no ser excedi da en 50 añ os. Esto equival e a un período de recur rencia de apr oxi madamente 475 añ os con un r iesgo de 0.0021 even tos por añ o)


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Aceleración máxima del terreno n

Determinar aceleración del suelo. AASHTO (A), Perú: (Z)

Zona 3 2 1

Factor Z 0.4 0.3 0.15


ZONAS SÍSM I CAS


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Importancia del puente Clasificar la importancia del puente: (3.3) n

Para efectos de establecer los procedimientos mínimos de análisis, así como para determinar los coeficientes de modificación de la respuesta en distintos casos, los puentes se clasificarán en dos categorías:

• Esenciales, es decir aquellos que deberán quedar en condiciones operativas después de un sismo con las características de diseño, a fin de permitir el paso de vehículos de emergencia y de seguridad o defensa.

• No esenciales CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Importancia del puente Clasificar la importancia del puente: (3.3)

Función Esencial Otros

Índice de Importancia I II


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Categoría de desempeño n

Asignarle una categoría de respuesta o desempeño sísmico (SPC) (3.4): A,B,C o D Categoría de desempeño sísmico Coeficiente de aceleración Factor de importancia A (de AASHTO) I II A A A ≤ 0.09 B B 0.09 < A ≤ 0.19 C C 0.19
Coeficiente de sitio (suelo) n

Determinar el factor de suelo (3.5) Tipo

S1 S2 S3 S4

Descripción

Roca o suelos muy rígidos Suelos intermedios Suelos flexibles o con estratos de gran potencia Condiciones excepcionales

T ( s)

S

0.4

1.0

0.6

1.2 1.4

0.9

( A ASHTO 1.5) *

*


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Factor de modificación, R Coeficientes de Modificación de la Respuesta, R (1996) Subestructura

R

Pilares tipo muro o pared Pórticos con pilares de concreto armado • Sólo pilares verticales • Uno o más pilares inclinados Columnas aisladas Pilares de acero o compuestos de acero y concreto • Sólo pilares verticales • Uno o más pilares inclinados Pórticos con múltiples columnas

2 3,0 2,0 3 5,0 3,0 5,0


Factor de modificación, R Conexiones

Entre superestructura y estribos Juntas de dilatación Pilares con cabezal y columnas o pilares con superestructura Columnas o pilares con la cimentación

R 0,8 0,8 1,0 1,0


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Procedimiento de análisis Categoría B C D

Tipo de puente con dos o más tramos REGULAR IRREGULAR 1 1 1 2 1 2

2

n n n

Definir el procedimiento de análisis: 1: Análisis espectral unimodal (1 gdl equivalente) 2: Análisis modal espectral (multimodal) CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Puentes simplemente apoyados Puentes simplemente apoyados: no requieren análisis sísmico especial, deben cumplir requisitos mínimos de fuerza y desplazamiento: n Fuerzas de diseño (4.5, 4.6): Las conexiones entre superestructura y estribos deberán resistir: V= Reacción x Z Las conexiones entre superestructura y subestructura deberán resistir 0.2 x Reacción de peso muerto CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

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Puentes simplemente apoyados Puentes simplemente apoyados: n Desplazamientos de diseño (4.9). Categoría Longitud mínima de apoyos, N (mm) N = 203 + 1.67L + 6.66H n A,B n C,D N = 305 + 2.50L + 10H donde L= Longitud de la suprestructura (m) H = altura del pilar o columnas Nota: Categoría B, si el análisis da mayores valores estos serán considerados como los mínimos CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Longitud mínima de apoyo L N

N


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Longitud mínima de apoyo


Diagrama de flujo del diseño sísmico (1) Determinar método de análisis Análisis: Determinación de fuerzas y desplazamientos Combinar acciones longitudinales y transversales Determinar fuerzas de diseño y desplazamientos Diseñar los elementos estructurales


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Diagrama de flujo del diseño sísmico (1) Diseñar cimentación (6) Diseñar estribos Son los elementos adecuados

NO, revisar la estructura

SI, diseño completado CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

DETERMINACIÓN DE LAS ACCIONES SÍSMICAS

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Dirección de análisis Para puentes clasificados como B,C y D se hará el análisis en dos direcciones ortogonales independientes


Combinación de fuerzas Estado de cargas I: 100% en la dirección longitudinal más 30% en la dirección transversal n Estado de cargas II: 100% en la dirección transversal más 30% en la dirección longitudinal n


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Métodos de Análisis Procedimiento I: Espectral con un grado de libertad equivalente n Procedimiento II: Modal espectral (multimodal) n


Coeficiente Sísmico (Proc. 1)

1.2 AS   C s =  2 / 3  ≤ 2.5 A  T  A= coeficiente de aceleración, Z en el caso peruano S= factor de suelo T= período del puente CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

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Espectro de diseño normalizado


Coeficiente Sísmico modal (Proc. 2)

 1.2 AS   C sm =  2 / 3  ≤ 2.5 A  T m  A= coeficiente de aceleración, Z en el caso peruano S= factor de suelo T= período del modo “m” (Excepción para períodos cortos, no aplicable al caso peruano) CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

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Procedimiento I (un modo) 1) En cada dirección, calcular el desplazamiento estático v s(x) producido por una carga unitaria uniforme, po. La carga es aplicada sobre todo el puente. n 2) Calcular los factores α , β, γ n


Modelo equivalente: desplazamientos calculados


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Modelo equivalente: desplazamientos calculados


Procedimiento I (un modo) α

= ∫ v s ( x)dx

β

= ∫ w( x )v s ( x) dx

γ

= ∫ w( x )vs ( x)2 dx

w(x) es el peso muerto de la superestructura del puente y de los elementos de la subestructura que aporten a la inercia CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

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Procedimiento I (un modo) n

3) Calcular el período del puente T = 2π

γ po g α


Procedimiento I (un modo) n

4) Calcular la carga de sismo estática equivalente p e ( x ) =

n

β C s γ

w ( x ) v s ( x )

5) Aplicar la carga anterior y calcular las fuerzas y desplazamientos actuantes


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Procedimiento II (multimodal) 1) Modelar la estructura: masas y rigideces 2) Resolver el problema de valores característicos n 3) Calcular contribución modal n 4) Combinar respuestas modales, usar (RCSC) n


Análisis dinámico


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Puentes categoría B Combinación de cargas = 1.0 (D+B+SF+E+EQM) donde: D: carga permanente B: Subpresión SF: Presión de agua E: empuje de tierras EQM: Fuerzas de las combinaciones 1 y 2 divididas por R CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Puentes categoría C y D Fuerzas modificadas similarmente a categoría B, excepto que para cimentaciones R=1 Fuerzas resultantes de considerar articulaciones plásticas en columnas y pilares


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AISLADORES

Aisladores sísmicos


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Estructura típica de un aislador

Láminas de acero 3mm

Separación ~6mm

Plomo


Aisladores sísmicos.


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