ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LOS ELEMENTOS SÍSMICOS DEL PUENTE CHACAO, BASÁNDOSE EN AASHTO LRFD Y CÓDIGO EUROPEO EN 15129. (Ing. Civil. Camila San Martín Carrasco)

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LOS ELEMENTOS SÍSMICOS UTILIZADOS EN EL PUENTE CHACAO, BASÁNDOSE EN LOS ANÁLISIS DE LOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA Y NORMATIVA INTERNACIONAL.

CAMILA FRANCISCA SAN MARTÍN CARRASCO.

Taller Profesional para optar al Título de Ingeniero Civil en Obras Civiles

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

Santiago, Chile 2016

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LOS ELEMENTOS SÍSMICOS UTILIZADOS EN EL PUENTE CHACAO, BASÁNDOSE EN LOS ANÁLISIS DE LOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA Y NORMATIVA INTERNACIONAL.

CAMILA FRANCISCA SAN MARTÍN CARRASCO.

Taller Profesional para optar al Título de Ingeniero Civil en Obras Civiles

Profesor Comisión 1: Luis Estellé A. Profesor Comisión 2: Enrique Álvarez H.

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

Santiago, Chile 2016

A mi madre Janet Carrasco Sánchez.

iii

“Los científicos dicen que estamos hechos de átomos, pero a mí un pajarito me contó que estamos hechos de historias”. Eduardo Galeano

iv

AGRADECIMIENTOS Agradezco a quienes estuvieron conmigo durante todo este largo camino, a través de su apoyo y cariño incondicional logré cumplir cada una de mis metas.

Parto por agradecer a mi madre Janet Carrasco quien ha sido y seguirá siendo siempre mi cable a tierra, mi pilar y mi apoyo fundamental, siempre apoyándome y alentándome a terminar esta carrera que en algún momento pensé en abandonar, cada uno de mis logros se los debo a ella, sin su amor incondicional hubiera sido imposible lograr esto. A mi padre Carlos San Martín quiero agradecer su cariño y apoyo incondicional, asimismo a mi hermano Nicolás San Martín.

Agradezco también a Fabiola Delgado quien siempre logró sacarme una sonrisa en los momentos más difíciles, sin su apoyo y cariño incondicional hubiese sido imposible lograr esto.

Finalmente agradezco a Sebastián Rebolledo mi fiel amigo, a mis amigos y compañeros de estudio Marcelo, Sebastián, Fabiana y Claudia.

v

RESUMEN EJECUTIVO

El Ministerio de Obras Púbicas, fue fundado por el gobierno de Chile en el año 1887 bajo el nombre de “Ministerio de Industria y Obras Públicas”, más tarde, en 1974, pasó a llamarse “Ministerio de Obras Públicas”. Este trabajo se desarrolló en la Dirección de Vialidad de dicha institución, concretamente en el Proyecto Puente Chacao El trabajo desarrollado consistió principalmente en definir requerimientos para cada uno de los elementos sísmicos que se utilizarán en el Puente Chacao. El primer parámetro con el que deben cumplir estos dispositivos es resistir las fuerzas y deformaciones de diseño; para obtener estos datos se debió analizar el diseño estructural del puente, utilizando el software estructural RM Bridge. El segundo parámetro con el que deben cumplir es la normativa; en Chile no existe una norma que defina si estos elementos cumplen con los estándares de calidad, que aseguren el desempeño para el cual fueron diseñados. Es por eso que se utilizó la normativa internacional como el Código Europeo EN15129, AASHTO LRFD Bridge Design Specifications y AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications.

Como conclusión preliminar se puede decir que los dispositivos sísmicos, tales como apoyos, juntas de expansión y amortiguadores, son significativos para cualquier tipo de proyecto, en especial para proyectos de grandes dimensiones, ya que reducen las solicitaciones y deformaciones causadas por eventos extremos como sismos. Además, es fundamental realizar los ensayos exigidos por las distintas normas y códigos internacionales, ya que es la única forma de asegurar la calidad de los dispositivos. Como resultado de este trabajo, se logró elaborar con éxito las especificaciones técnicas para los elementos sísmicos que se utilizarán en el Puente Chacao.

vi

ABSTRACT

This titulation process is developed in the Ministry of Public Works, an institution founded by the government of Chile in 1887, under the name of "Ministry of Industry and Public Works", later in 1974 was renamed "Ministry of Public Works". The work is developed in the Roads Department belonging to the same institution, specifically in the Chacao Bridge Project.

The work carried out has consisted mainly of defining requirements for each seismic element to be used in the Chacao bridge, the first parameter that must fulfill these devices is resist the forces and deformations design, data were collected from structural bridge design; the design was made in structural RM -bridge software. The second parameter that must comply with the rules is, in Chile there is no rule defining whether these elements meet the quality standards that ensure the performance for which they were designed. European EN15129, AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications.

As a preliminary conclusion we can say that seismic devices like braces, expansion joints and shock absorbers are significant for any project, especially for large projects, because they reduce the stresses and strains, caused by extreme events such as earthquakes, as well it is essential to perform the tests required by the various international standards and codes, as it is the only way to ensure the quality of the devices.

vii

ÍNDICE DE CONTENIDOS

DEDICATORIA…………….…...………………………………………………………....iii AGRADECIMIENTOS…….…...………………………………………………………….v RESUMEN EJECUTIVO...…………………………………………………………...….vi ABSTRACT…………………………………………………………………...................vii INDICE DE CONTENIDOS…………………………………………………………….viii INDICE DE FIGURAS…………………………………………………………………..xvi INDICE DE TABLAS……………………………………………………….................xviii 1

INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1 1.1

OBJETIVOS ................................................................................................. 3

1.1.1 Objetivos Generales .............................................................................. 3 1.1.2 Objetivos Específicos ............................................................................ 3 1.2

ALCANCES Y LIMITACIONES ........................................................................... 4

1.3

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ...................................................................... 3

1.3.1 Dirección de Vialidad ............................................................................. 3 1.4 2

3

ORGANIGRAMA ........................................................................................... 4

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO PUENTE CHACAO.................................... 5 2.1

HISTORIA DEL PROYECTO PUENTE CHACAO .................................................. 5

2.2

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO PUENTE CHACAO. ........................................... 7

2.3

UBICACIÓN PROYECTO PUENTE CHACAO ...................................................... 8

2.4

PROCESO DE DISEÑO .................................................................................. 9

2.5

PROCESO CONSTRUCTIVO ......................................................................... 11

DESARROLLO DEL TRABAJO ..................................................................... 15 3.1

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA A RESOLVER .................................................. 15

3.2

METODOLOGÍA .......................................................................................... 15

3.3

ELEMENTOS SÍSMICOS QUE SE UTILIZARÁN EN EL PUENTE CHACAO ............... 15

3.3.1 Junta de expansión ............................................................................. 16 3.3.2 Amortiguador ....................................................................................... 18 viii

3.3.3 Apoyo vertical tipo biela (Link Shoe) ................................................... 18 3.3.4 Apoyo transversal de viento (apoyo esférico) ...................................... 20 3.3.5 Tope Extremo ...................................................................................... 20 3.3.6 Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones .................................. 21 3.3.7 Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional .............. 22 3.3.8 Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo .................................. 22 3.4

UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS SÍSMICOS .................................................... 23

3.4.1 Sistema de ejes ................................................................................... 23 3.4.2 Plano elevación Puente Chacao.......................................................... 24 3.4.3 Plano de la ubicación de los elementos sísmicos vistos de planta ...... 27 3.4.4 Simbología de los elementos sísmicos................................................ 29 3.4.5 Estribo Norte ....................................................................................... 29 3.4.6 Pila Norte ............................................................................................. 32 3.4.7 Pila Central .......................................................................................... 35 3.4.8 Pila Sur ................................................................................................ 37 3.4.9 Columnas Puente de Aproximación – Eje 8 ........................................ 39 3.4.10 Columnas Puente de Aproximación – Eje 9 ........................................ 40 3.4.11 Estribo Sur ........................................................................................... 41 3.5

FILOSOFÍA DE DISEÑO ................................................................................ 44

3.5.1 Estado límite de servicio ...................................................................... 44 3.5.2 Estado límite de resistencia ................................................................. 45 3.5.3 Estado límite de evento extremo ......................................................... 46 3.5.4 Cargas y factores de carga ................................................................. 47 3.5.4.1 Cargas permanentes .................................................................... 47 3.5.4.2 Cargas transitorias ....................................................................... 48 3.5.4.3 Combinaciones y factores de carga ............................................. 49 3.6

SOLICITACIONES DE LOS ELEMENTOS SÍSMICOS ............................................ 51

3.6.1 Metodología para determinar las solicitaciones de cada elemento sísmico ........................................................................................................... 51 3.6.1.1 Datos obtenidos del diseño estructural – Solicitaciones............... 51 3.6.1.2 Datos obtenidos del diseño estructural – Desplazamientos ......... 59 ix

3.6.2 Puente en Suspensión ........................................................................ 64 3.6.2.1 Estribo Norte ................................................................................ 64 3.6.2.2 Pila Norte...................................................................................... 72 3.6.2.3 Pila Central ................................................................................... 73 3.6.2.4 Pila Sur ......................................................................................... 74 3.6.3 Puente de Aproximación ..................................................................... 82 3.6.3.1 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 8 ........................... 82 3.6.3.2 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 9 ........................... 84 3.6.3.3 Estribo Sur.................................................................................... 85 3.6.4 Resumen solicitaciones ....................................................................... 88 3.6.4.1 Estribo Norte ................................................................................ 88 3.6.4.2 Pila Norte...................................................................................... 89 3.6.4.3 Pila Central ................................................................................... 89 3.6.4.4 Pila Sur ......................................................................................... 90 3.6.4.5 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 8 ........................... 91 3.6.4.6 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 9 ........................... 91 3.6.4.7 Estribo Sur.................................................................................... 92 3.7

ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS

PARA

JUNTAS

DE

EXPANSIÓN

(MBJS) –

REQUERIMIENTOS AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATIONS, AASHTO LRFD BRIDGE CONSTRUCTION SPECIFICATIONS Y CÓDIGO EUROPEO EN15129 ................ 93 3.7.1 Requerimientos de materiales utilizados en la fabricación de las juntas.……………………………………………………………………………......93 3.7.2 Requerimientos para el diseño estructural de las juntas ..................... 95 3.7.2.1 Movimientos durante la construcción ........................................... 96 3.7.2.2 Movimientos de diseño ................................................................. 96 3.7.2.3 Protección .................................................................................... 97 3.7.2.4 Armadura...................................................................................... 97 3.7.2.5 Anclaje (Ref. 14.5.3.6) .................................................................. 98 3.7.2.6 Pernos (Ref. 14.5.3.7) .................................................................. 98 3.7.2.7 Requerimientos para diseño de estado límite de resistencia ....... 99 3.7.2.8 Requerimientos de diseño para el estado límite de fatiga ............ 99 x

3.7.3 Requerimientos especiales especificados en el contrato para los MBJS.………………………………………………………………………………100 3.7.4 Mantención (Ref. 14.5.1.5) ................................................................ 103 3.7.5 Fabricación ........................................................................................ 104 3.7.5.1 Requerimientos de fabricación Sistema de juntas modulares para puentes (MBJS) ........................................................................................ 104 3.7.5.2 Perfil de viga borde y anclaje. .................................................... 105 3.7.5.3 Viga centro y barra de apoyo. .................................................... 105 3.7.5.4 Cajas de apoyo .......................................................................... 106 3.7.5.5 Superficie de deslizamiento PTFE ............................................. 106 3.7.5.6 Superficie de deslizamiento de acero inoxidable para los MBJS..106 3.7.5.7 Protección contra la corrosión .................................................... 107 3.7.6 Envío y manipulación (embalaje, manejo y almacenamiento) ........... 107 3.7.7 Consideraciones para las juntas........................................................ 108 3.7.7.1 Impermeabilización de las juntas ............................................... 108 3.7.7.2 Sellado de las juntas .................................................................. 109 3.7.7.3 Requisitos de desempeño para los Sistemas de juntas modulares para puentes (MBJS)…………………………………………………………...110 3.7.8 Instalación ......................................................................................... 111 3.7.8.1 Preinstalación de Inspección ...................................................... 111 3.7.8.2 Ajuste ......................................................................................... 112 3.7.8.3 Soportes temporales .................................................................. 112 3.7.8.4 Empalme .................................................................................... 113 3.7.8.5 Sellos ......................................................................................... 113 3.7.8.6 Armazón ..................................................................................... 114 3.7.8.7 Soporte de los MBJS durante la colocación del concreto .......... 114 3.7.8.8 Colocación del hormigón ............................................................ 115 3.7.8.9 Tolerancias para los MBJS terminados ...................................... 115 3.7.8.10 MBJS en el puente después de la instalación ............................ 116 3.7.8.11 Eliminación de los residuos ........................................................ 116 3.7.8.12 Prueba de estanquidad .............................................................. 116 xi

3.7.8.12.1Aceptación del ensayo de estanqueidad……………………...117 3.7.9 Ensayos ............................................................................................. 117 3.7.9.1 Ensayo de movimiento de apertura y vibración (OMV) .............. 117 3.7.9.2 Ensayo de expulsión del sello .................................................... 118 3.7.9.3 Ensayo de fatiga......................................................................... 119 3.7.9.4 Ensayos establecidos en el Código Europeo EN 15129 ............ 119 3.8

ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS

PARA

AMORTIGUADORES

(STU)

-

REQUERIMIENTOS AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATIONS, AASHTO LRFD BRIDGE CONSTRUCTION SPECIFICATIONS Y CÓDIGO EUROPEO EN15129 .............. 121 3.8.1 Requerimientos de materiales ........................................................... 121 3.8.1.1 Acero .......................................................................................... 121 3.8.1.2 Pistón ......................................................................................... 122 3.8.1.3 Fluido interno.............................................................................. 123 3.8.2 Consideraciones en el contrato ......................................................... 123 3.8.3 Envío y manipulación (embalaje, manejo y almacenamiento) ........... 124 3.8.4 Fabricación ........................................................................................ 125 3.8.4.1 Conexión de sistemas ................................................................ 125 3.8.4.2 Tolerancias de conexión ............................................................ 126 3.8.5 Ensayos y aprobación de los ensayos .............................................. 126 3.8.5.1 Pruebas de precalificación ......................................................... 127 3.8.5.2 Pruebas prototipo ....................................................................... 127 3.8.5.2.1 Ensayo de presión hidrostática ............................................... 128 3.8.5.2.2 Ensayo de movimiento lento (prueba térmica)........................ 128 3.8.5.2.3 Ensayo de movimiento rápido................................................. 129 3.8.5.2.4 Ensayo dinámico simulado ..................................................... 129 3.8.5.2.5 Ensayo de Sobrecarga ........................................................... 130 3.8.5.2.6 Ensayo de carga de fatiga ...................................................... 130 3.8.5.3 Pruebas de control de calidad .................................................... 131 3.8.6 Instalación ......................................................................................... 131 3.8.7 Mantención e inspección ................................................................... 132

xii

3.9

ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS PARA

APOYOS – REQUERIMIENTOS AASHTO

LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATIONS, AASHTO LRFD BRIDGE CONSTRUCTION SPECIFICATIONS Y CÓDIGO EUROPEO EN15129 .................................................. 134 3.9.1 Requerimientos de materiales ........................................................... 134 3.9.1.1 Acero enrollado .......................................................................... 134 3.9.1.2 Acero laminado .......................................................................... 135 3.9.1.3 Acero fundido ............................................................................. 135 3.9.1.4 Acero forjado .............................................................................. 135 3.9.1.5 Acero inoxidable ......................................................................... 136 3.9.1.6 Pernos de anclaje....................................................................... 136 3.9.2 Consideraciones en el contrato ......................................................... 136 3.9.3 Requerimientos de diseño ................................................................. 137 3.9.3.1 Requerimientos mecánicos y estructurales ................................ 138 3.9.3.2 Capacidad del dispositivo de volver a su posición inicial ........... 138 3.9.4 Fabricación ........................................................................................ 139 3.9.5 Envío y manipulación (embalaje, manejo y almacenamiento) ........... 141 3.9.6 Instalación ......................................................................................... 142 3.9.7 Ensayos y aprobación de los ensayos .............................................. 142 3.9.7.1 Prueba de certificación de material ............................................ 143 3.9.7.2 Ensayo

de

fricción

de

material

–

solo

para

superficies

deslizantes………………………………………………………………...…….143 3.9.7.3 Verificación de las dimensiones ................................................. 144 3.9.7.4 Ensayo de despeje ..................................................................... 145 3.9.7.5 Ensayo de fricción para el apoyo – solo superficies deslizantes 145 3.9.7.6 Ensayo de deterioro a largo plazo .............................................. 145 3.9.7.7 Capacidad de fuerza horizontal de los apoyos ........................... 146 3.9.8 Apoyos elastoméricos ....................................................................... 147 3.9.8.1 Requisitos de Materiales ............................................................ 147 3.9.8.2 Fabricación ................................................................................. 147 3.9.8.3 Ensayos ..................................................................................... 148 3.9.8.4 Instalación .................................................................................. 148 xiii

3.9.9 Apoyos tipo POT o disco ................................................................... 149 3.9.9.1 Requerimientos de materiales .................................................... 149 3.9.9.1.1 Acero ...................................................................................... 149 3.9.9.1.2 Acero inoxidable ..................................................................... 149 3.9.9.1.3 Elementos elastoméricos rotacionales para apoyos tipo POT 149 3.9.9.1.4 Sellado para los apoyos tipo POT .......................................... 150 3.9.9.1.5 Anillos de sellado para apoyos tipo POT ................................ 150 3.9.9.1.6 Láminas PTFE (politetrafluoroetileno) .................................... 151 3.9.9.1.7 Elemento

estructural

para

apoyos

tipo

disco

(poliéter

uretano)….……………………………………………………………………151 3.9.9.2 Detalles de la fabricación ........................................................... 152 3.9.9.2.1 Requisitos de fabricación para apoyos tipo POT .................... 152 3.9.9.2.1.1 El recipiente (POT) .......................................................... 152 3.9.9.2.1.2 Anillos de sellado ............................................................. 153 3.9.9.2.1.3 Elemento elastomérico de rotación ................................. 153 3.9.9.3 Ensayos y muestreo ................................................................... 154 3.9.9.3.1 Tamaño del lote de ensayo..................................................... 154 3.9.9.3.2 Muestreo y aceptación ............................................................ 154 3.9.9.3.3 Aseguramiento de la calidad de ensayos por el Ingeniero (CPC, MOP y AIF) ........................................................................................... 155 3.9.9.3.4 Pruebas de rendimiento .......................................................... 156 3.9.9.3.4.1 Pruebas de rendimiento de materiales ............................ 156 3.9.9.3.4.2 Ensayo de verificación de las dimensiones y ensayo de despeje……………………………………………………………………..156 3.9.9.3.4.3 Ensayo de deterioro a largo plazo ................................... 156 3.9.9.3.4.4 Ensayo de prueba de carga............................................. 157 3.9.9.3.4.5 Coeficiente de fricción deslizante .................................... 158 3.9.9.4 Instalación .................................................................................. 158 3.9.10 Apoyos esféricos ............................................................................... 159 3.9.10.1 Requisitos de funcionamiento .................................................... 159 3.9.10.1.1 Capacidad de desplazamiento horizontal ............................ 159 xiv

3.9.10.1.2 Capacidad de rotación ......................................................... 160 3.9.10.2 Materiales ................................................................................... 160 3.9.10.2.1 Material deslizante ............................................................... 160 3.9.10.2.2 Las superficies de contacto .................................................. 160 3.9.10.2.3 Lubricantes........................................................................... 161 3.9.10.2.4 Placas de apoyo ................................................................... 161 3.9.10.3 Diseño ........................................................................................ 162 3.9.10.3.1 Capacidad de soporte de carga ........................................... 162 3.9.10.3.2 Resistencia de fricción ......................................................... 162 3.9.10.3.3 Separación de las superficies de deslizamiento ................... 163 3.9.10.4 Ensayos ..................................................................................... 163 3.9.10.4.1 Ensayo de Capacidad de carga del apoyo ........................... 164 3.9.10.4.2 Ensayo de fuerza de resistencia a fricción en condiciones de servicio………………………………………………………………………..165 3.9.10.4.3 Ensayo de deslizamiento del apoyo ..................................... 165 3.9.10.4.4 Ensayo de envejecimiento ................................................... 166 3.9.10.4.5 Ensayo de materiales ........................................................... 166 3.10

CRONOLOGÍA DE TRABAJO ........................................................................ 167

3.10.1 Trabajo realizado ............................................................................... 167 4

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS.......................................................... 169

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 173 GLOSARIO.......................................................................................................... 175 ANEXOS ............................................................................................................. 177 ANEXO A – PLANO DEL PUENTE CHACAO ........................................................... 123 ANEXO B – PILA NORTE.................................................................................... 125 ANEXO C – PILA CENTRAL ................................................................................ 127 ANEXO D – PILA SUR ....................................................................................... 129

xv

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1: Organigrama equipo de trabajo de la Inspección Fiscal del Puente Chacao …….………………………………………………………………………………4 Figura 2.1: Esquema de las partes involucradas en el Proyecto Puente Chacao…..…………………………………………………………………………………6 Figura 2.2: Largo total Puente Chacao………………………………………....………7 Figura 2.3: Ubicación global del puente Chacao………………....................……..…8 Figura 2.4: Ubicación local Puente Chacao …………………….…………………..…8 Figura 2.5: Visa general puente Chacao ……..………………………………………..9 Figura 2.6: Topografía y batimetría de los sectores a intervenir en el proyecto.…………………………………………………………………………………..10 Figura 2.7: Configuración del cable principal ……………………..………………….13 Figura 2.8: Elevación del tablero……………………..……………………….…….....13 Figura 3.1: Junta de expansión …...………………………..………………………….16 Figura 3.2: Junta de expansión …...……………………..…………………………….17 Figura 3.3: Capacidad de movimiento de una junta de expansión….....…………..17 Figura 3.4: Amortiguador ………….……………………………………..…………….18 Figura 3.5: Apoyo vertical link shoe ………………………………..………………….19 Figura 3.6: Apoyo Vertical Link Shoe …………………………………………………19 Figura 3.7: Apoyo esférico……………………..……………………………………….20 Figura 3.8: Tope extremo …………………………………...………………………….21 Figura 3.9: Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones………...………………21 Figura 3.10: Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional ……….22 Figura 3.11: Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo, bloque de neopreno………………………………………………………………………………….23 Figura 3.12: Sistema de ejes globales.………………………... ……………………..23 Figura 3.13: Plano en elevacion Puente Chacao …………………..………………..24 Figura 3.14: Puente en Suspensión ………….………..……………………………...25 Figura 3.15: Puente de Aproximación ……..………………..………………………..26 Figura 3.16: Plano general de la ubicación de los elementos sismicos …….........27 xvi

Figura 3.17: Simbología de elementos sísmicos ………………………..…………..29 Figura 3.18: Plano vista longitudinal del Estribo Norte, enfocado en la junta de expansión y amortiguador……………………….……………………………………...30 Figura 3.19: Plano vista en planta del Estribo Norte ....……… …………………….31 Figura 3.20: Plano vista en Longitudinal del Estribo Norte ……..…………………..31 Figura 3.21: Plano vista en Transversal del Estribo Norte ….………………………32 Figura 3.22: Plano vista en planta de la Pila Norte ….……...……………………….33 Figura 3.23: Plano vista en Longitudinal de la Pila Norte …..…………..…………..34 Figura 3.24: Plano vista en Transversal de la Pila Norte …..…..…………………..34 Figura 3.25: Plano vista en planta de la Pila Central………..………..……………..35 Figura 3.26: Plano vista en Longitudinal de la Pila Central ………….……………..36 Figura 3.27: Plano vista en Transversal de la Pila Central ………….……………...36 Figura 3.28: Plano vista en planta de la Pila Sur …………………………………….38 Figura 3.29: Plano vista en Longitudinal de la Pila Sur ….……………..…………..38 Figura 3.30: Plano vista en Transversal de la Pila Sur …...………..……………….39 Figura 3.31: Plano vista en Transversal de las columnas del Puente de Aproximación ...………………………………………………………………………….40 Figura 3.32: Plano vista en Transversal de las columnas del Puente de Aproximación ......................................................................................................…41 Figura 3.33: Plano vista en planta del Estribo Sur ………..……..…………………..42 Figura 3.34: Plano vista en Longitudinal del Esribo Sur ……………..……………..42 Figura 3.35: Plano vista en Transversal del Esribo Sur …………………………….43 Figura 3.36: Fuerzas de reacción para estado límite de servicio ….…………..…..52 Figura 3.37: Fuerzas de reacción para estado límite de resistencia ….....………..53 Figura 3.38: Fuerzas de reacción para estado límite de evento extremo……..…..57 Figura 3.39: Desplazamiento amortiguadores en Estribo Norte para estado límite de servicio.……………………….…..…………………………………………………..60 Figura 3.40: Desplazamiento amortigudores en Estribo Norte para estado límite de resistencia…………………………………..………………………………….…………61 Figura 3.41: : Desplazamiento amortiguadores en Estribo Norte para estado límite de evento extremo………………………………................…………………………62 xvii

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1: Combinaciones y factores de carga….…………………………...………49 Tabla 3.2: Descripción de la numeración de elementos …..………………….…….51 Tabla 3.3: Resumen de las fuerzas de reacción para estado límite de servicio …53 Tabla 3.4: Resumen de las fuerzas de reacción para estado límite de resistencia…….…………………………………………………………………………..54 Tabla 3.5: Resumen de las fuerzas de reacción para estado límite de evento extremo …………………………………………………………………………………..57 Tabla 3.6: Resumen de cargas ……………………..………………………………....58 Tabla 3.7: Selección de cargas …...………………………………………..………….58 Tabla 3.8: Resumen ……….…………………………..………………………………..59 Tabla 3.9: Descripción de la numeración de elementos ……………………………59 Tabla 3.10: Resumen de desplazamientos para estado límite de servicio ……….60 Tabla 3.11: Resumen de desplazamientos para estado límite de resistencia ..….61 Tabla 3.12: Resumen de desplazamientos para estado límite de evento extremo……………………………………………………………………………………62 Tabla 3.13: Resumen de desplazamientos …………………………………………..63 Tabla 3.14: Selección de desplazamientos ….…………………..…………………..63 Tabla 3.15: Resumen desplazamientos …..………………………..………………...64 Tabla 3.16: Cargas y desplazamientos …….…………………………....…………...65 Tabla 3.17: Selección de cargas y desplazamientos ….………………………..…..65 Tabla 3.18: Resumen de cargas y desplazamientos ….…………………………….66 Tabla 3.19: Cargas y desplazamientos …………………………………..…………..66 Tabla 3.20: Selección de cargas y desplazamientos …..………………..…..……...67 Tabla 3.21: Resumen de cargas y desplazamientos……..…..……………………..67 Tabla 3.22: Cargas y desplazamientos ….………………...……………..…………..68 Tabla 3.23: Selección de cargas y desplazamientos ….…………………………….68 Tabla 3.24: Resumen de cargas y desplazamientos …….………………………….68 Tabla 3.25: Desplazamientos y deformaciones …………….………...……………..69 Tabla 3.26: Selección de cargas y desplazamientos ….…………..………………..70 xviii

Tabla 3.27: Resumen de cargas y desplazamientos ….……………………...…….70 Tabla 3.28: Cargas y desplazamientos …………………………………………..…..71 Tabla 3.29: Selección de cargas y desplazamientos ….………………………..…..71 Tabla 3.30: Resumen de cargas y desplazamientos ………………………………..71 Tabla 3.31: Cargas y desplazamientos.……………..………………………...……...72 Tabla 3.32: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………..…...…..72 Tabla 3.33: Resumen de cargas y desplazamientos ………………………………..73 Tabla 3.34: Cargas y desplazamientos.……………….. ……………………...……..73 Tabla 3.35: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………….……..74 Tabla 3.36: Resumen de cargas y desplazamientos ………………………………..74 Tabla 3.37: Cargas y desplazamientos.……………………….. ……………...……..75 Tabla 3.38: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………….……..75 Tabla 3.39: Resumen de cargas y desplazamientos ………………………………..75 Tabla 3.40: Numeración de elementos sísmicos………….………..………………..76 Tabla 3.41: Cargas y desplazamientos.…………………..…………………...……...76 Tabla 3.42: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………..……….77 Tabla 3.43: Resumen de cargas y desplazamientos …………………………..……77 Tabla 3.44: Cargas y desplazamientos.……………..………………………...……...77 Tabla 3.45: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………….……..78 Tabla 3.46: Resumen de cargas y desplazamientos ………………………………..78 Tabla 3.47: Desplazamientos y deformaciones ………………………..…………….79 Tabla 3.48: Selección de cargas y desplazamientos …..……………...……………80 Tabla 3.49: Resumen de cargas y desplazamientos …...…………….…………….80 Tabla 3.50: Cargas y desplazamientos.…………………….. ………………...……..81 Tabla 3.51: Selección de cargas y desplazamientos …..………………….………..81 Tabla 3.52: Resumen de cargas y desplazamientos ……………………..…………82 Tabla 3.53: Numeración de elementos sísmicos …..……………………..…………82 Tabla 3.54: Cargas y desplazamientos.………………….. …………………...……..83 Tabla 3.55: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………….……..83 Tabla 3.56: Resumen de cargas y desplazamientos …………...…………………..83 Tabla 3.57: Cargas y desplazamientos.……………………………….. ……...……..84 xix

Tabla 3.58: Selección de cargas y desplazamientos …..…………………….……..84 Tabla 3.59: Resumen de cargas y desplazamientos ………………………...……..85 Tabla 3.60: Cargas y desplazamientos.…………………………….. ………...……..85 Tabla 3.61: Selección de cargas y desplazamientos …..………………….………..86 Tabla 3.62: Resumen de cargas y desplazamientos ……………………………..…86 Tabla 3.63: Cargas y desplazamientos.……………………..………………...……...86 Tabla 3.64: Selección de cargas y desplazamientos …..………………….………..87 Tabla 3.65: Resumen de cargas y desplazamientos ………………..………………87 Tabla 3.66: Resultados de cargas, desplazamientos y deformaciones en el Estribo Norte……………………………………………………………………………………....88 Tabla 3.67: Resultados de cargas y desplazamientos en la Pila Norte …..………89 Tabla 3.68: Resultados de cargas y desplazamientos en la Pila Central …………89 Tabla 3.69: Resultados de cargas y desplazamientos en la Pila Sur ………..……90 Tabla 3.70: Resultados de cargas y desplazamientos en las columnas del Puente de Aproximación – eje 8………………………………………….….………………….91 Tabla 3.71: resultados de cargas y desplazamientos en las columnas del Puente de Aproximación – eje 9………………………………………..……………………….91 Tabla 3.72: Resultados de cargas, deformaciones y desplazamientos en el Estribo Sur..........................................................................................................................92 Tabla 3.73: Capacidad mínima de movimientos para MBJS ……..……..………..110 Tabla 3.74: Tolerancias de fabricación ……………......……………………………140 Tabla 3.75: Propiedades físicas del poliéter uretano ……………………...………151 Tabla 3.76: Ensayos requeridos ……………………..……………………...……….157

xx

1

INTRODUCCIÓN

El presente Taller Profesional se realizó en el Ministerio de Obras Públicas, concretamente en el Proyecto Puente Chacao, del cual se encuentra a cargo la Dirección de Vialidad. A través de esta opción de titulación se tuvo la oportunidad de conocer el ambiente laboral antes de finalizar completamente la etapa académica. El desempeño de la alumna dentro de este equipo consistió principalmente en la asesoría o asistencia al Inspector Fiscal de Ingeniería Matías Valenzuela, la ocupación de la alumna se encontró en un rango de ingeniero, con un grado menor de responsabilidad, dado que aún no cuenta con el título profesional, no pudo realizar firma de documentos.

Dentro de las funciones realizadas por la alumna se encuentra la determinación de especificaciones técnicas para los elementos sísmicos que utilizará el puente Chacao, entre los cuales se encuentran amortiguadores, juntas de expansión y distintos tipos de apoyos. Dentro de las actividades también se debe realizar la asistencia formal a capaciones respecto a construcción y diseño de puentes de grandes luces, asistencia a reuniones con empresas que fabrican estos elementos, entre otras tareas asignadas.

Para definir las especificaciones técnicas se deben tener las solicitaciones (cargas, deformaciones y rotaciones) de los elementos sísmicos, además se deben tener los requerimientos especificados por la normativa internacional. Para lograr esto la primera actividad fue revisar los documentos entregados por el Consorcio Puente Chacao en agosto de 2015 al Ministerio de Obras Públicas, dentro de estos documentos se encuentran los informes de “Unidades mecánicas Funcionales, Diseño Definitivo”, “Manual de Diseño”, entre otros, el primer archivo mencionado contiene todos los datos y las memorias de cálculo de todos los elementos sísmicos, de allí se obtuvieron los diversos datos como las solicitaciones a las que están sometidos estos elementos (fuerzas, deformaciones y rotaciones) y la ubicación de 1

los mismos dentro del puente, este análisis es el proceso más importante, ya que de ese documento se obtendrán las solicitaciones y las deformaciones que afectan a los elementos sísmicos,

Una vez obtenidas las solicitaciones, se procedió a hacer una revisión completa de las normas AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications y Código Europeo EN15129, de donde se obtuvieron distintos tipos de requerimientos de materialidad, fabricación, envío y manipulación, instalación y ensayos, para los distintos elementos sísmicos.

Basándose en bibliografía académica, normativa internacional y catálogos con especificaciones técnicas de elementos sísmicos, se debieron definir requisitos mínimos de calidad con los que deben cumplir los dispositivos sísmicos que se utilizaran en el proyecto.

2

1.1

Objetivos

1.1.1 Objetivos Generales 

El objetivo de este taller profesional es elaborar especificaciones técnicas para los elementos sísmicos que se utilizarán en el Puente Chacao.

1.1.2 Objetivos Específicos 

Analizar los informes entregados por CPC al MOP con el fin de determinar las solicitaciones a las que van a estar sometidos los elementos sísmicos.



Recopilar especificaciones técnicas para los elementos sísmicos que se utilizaran en el Puente Chacao, se seleccionaran específicamente de la normativa AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications y Código Europeo EN15129.

3

1.2

Alcances y limitaciones

Respecto a la recopilación de especificaciones técnicas, este estudio solo se limitará a los capítulos de las normativas AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications y Código Europeo EN15129, que tratan el tema de elementos sísmicos, dentro de los documentos mencionados se señalan otras normas que indican exigencias para los materiales, fabricación, etc, estas normas a las que se hace referencia, no están dentro del alcance de este trabajo, así como tampoco lo están el resto de los capítulos de las normas AASHTO LRFD Bridge Design Specifications y AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications que no tratan sobre elementos sísmicos

(juntas de expansión,

amortiguadores y apoyos).

Queda fuera del alcance de este trabajo, cualquier tipo de estudio que no tenga relación con los elementos sísmicos (juntas de expansión, amortiguadores y apoyos), la revisión de los informes de ingeniería (entregados por Consorcio Puente Chacao al Ministerio de Obras Públicas) solo se limitarán a los archivos que tengan relación con el tema de este trabajo, específicamente el informe “Unidades Mecánicas Funcionales”, cualquier estudio al resto de la estructura del Puente Chacao no será considerado.

4

1.3

Descripción de la empresa

El Ministerio de Obras Públicas es una entidad de gobierno que está a cargo de planear, estudiar, proyectar, construir, reparar y conservar la infraestructura pública que pertenece al fisco, dentro de estas obras se encuentran: caminos, autopistas, puentes, túneles, obras portuarias, obras hidráulicas, aeropuertos, entre otras. Por ello esta entidad se subdivide en distintas direcciones las cuales se indican a continuación.

1.3.1



Dirección de Aeropuertos



Dirección de Arquitectura



Dirección de Obras Hidráulicas



Dirección de Obras Portuarias



Dirección de Vialidad

Dirección de Vialidad

Dado que es en esta unidad del Ministerio de Obras Públicas donde se desarrollará la actividad, se describirá brevemente. La Dirección de Vialidad es la encargada de mejorar la conectividad de todo el país, para cumplir con esta tarea se utilizan todos los recursos disponibles, éstos se materializan en proyectos de infraestructura vial como por ejemplo el Puente Chacao.

3

1.4

Organigrama

En la figura 1.1 se presenta el organigrama del equipo de trabajo de la Inspección Fiscal del Puente Chacao.

Horacio Pfeiffer Jefe de Proyecto

Raúl Vásquez

Enzo Dellarossa Inspector Fiscal

Gerente Técnico

Álvaro Alrruiz Coordinador Regional

Matías Valenzuela

Marcelo Márquez

Inspector Fiscal Ingeniería

Inspector Fiscal Construcción

Jairo Quinteros Asistente Inspector Fiscal Construcción

Camila San Martín Asistente Inspector Fiscal Ingeniería

Ignacio Vallejo Asistente Inspector Fiscal Ingeniería (Ingeniero Civil en Obras Civiles)

Figura 1.1: Organigrama equipo de trabajo de la Inspección Fiscal del Puente Chacao Fuente: Autoría propia 4

2

Descripción del Proyecto Puente Chacao

2.1

Historia del Proyecto Puente Chacao

La necesidad de una conectividad fija entre la isla de Chiloé y el continente dio paso a que en la década del 90 se comenzara a estudiar la posibilidad de construir un puente. El estudio preliminar de inversión se realizó en el año 1997 a cargo de Ingeniera 4 y COWI, luego en el año 2001 se entregó un estudio de pre diseño avanzado.

En el año 2005 se licitó la construcción de un puente sobre el Canal de Chacao, a través del sistema de concesión de obras públicas, ésta posibilidad no fue concretada dado que el contrato excedía el monto máximo de inversión.

Finalmente, en el año 2012 se reevaluó el proyecto, pero esta vez fue como contrato de obra pública, bajo el sistema de contratación tradicional del estado, el contrato de izo por un tope máximo de 740 millones de dólares y el llamado a licitación se realizó durante el primer trimestre de 2013.

Etapas de Proceso de Licitación:  Precalificación de empresas  Licitación de diseño y construcción

Requisitos exigidos por el mandante para la precalificación de la empresa:  Empresas con experiencia en el diseño y la construcción de un puente colgante con un vano de longitud igual o superior a 600 metros, que se encuentre en servicio desde el año 1985 hasta el 31 de julio de 2012.

5

 Empresa con experiencia en fundaciones bajo el agua, en profundidades superiores a los 20 metros, que se encuentren realizadas desde el año 1985 hasta el 31 de julio de 2012.  Empresa debe certificar un capital de trabajo superior a los 200 millones de dólares.  Empresa debe certificar experiencia en estudios de ingeniería como estudios geológicos, geotécnicos, sísmicos, estudios de vientos e hidráulica marina.

El proyecto fue adjudicado en el año 2014 a CPC (Consorcio Puente Chacao), el cual está conformado por las empresas: HYUNDAI, Consorcio OAS, SYSTRA y AAS JAKOBSEN, se consideró que eran las empresas más idóneas para llevar el proyecto a cabo, ya que cuentan con experiencia a nivel mundial en la construcción de más de 20 puentes colgantes.

La entrega del diseño definitivo de CPC, debe ser aprobada por la inspección fiscal del Ministerio de Obras Públicas y por la asesoría de la inspección fiscal, R&Q ingeniería y COWI. La figura 2.1 muestra cómo se conforma el Proyecto de Diseño y Construcción del Puente Chacao.

Figura 2.1: Esquema de las partes involucradas en el Proyecto Puente Chacao Fuente: Autoría Propia 6

2.2

Descripción del Proyecto Puente Chacao.

El proyecto consta del diseño y construcción de un puente colgante de grandes luces a través del canal Chacao, el cual conectará la Isla de Chiloé con el continente. El puente Chacao tendrá un largo total de 2.754 metros, con tramos de acceso de 324 metros al lado norte, 220 metros al lado sur y 2 vanos principales, el primero de 1.155 metros de longitud ubicado en el sector norte y otro de 1.055 metros en el sector sur, lo que lo convierte en el primer puente colgante de grandes luces con vanos mayores a 1000 metros construido en toda América Latina.

La construcción del puente estará compuesta por 3 pilas de gran altura, la pila norte (199 metros de altura) y la pila central (175 metros de altura) están fundadas en el mar mediante pilotes, la pila sur (155 metros de altura) se encuentra fundada en forma directa sobre tierra, en la ribera sur del canal de Chacao. El puente tendrá 4 pistas de circulación con un ancho mínimo de 3.5 metros cada una. Se proyecta que tenga una vida útil de por lo menos 100 años.

Figura 2.2: Largo total Puente Chacao. Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015 7

2.3

Ubicación Proyecto Puente Chacao

El Puente Chacao se encontrará ubicado en Chile en la Región de Los Lagos y conectará la punta Coronel la cual se encuentra ubicada en el continente, con la punta San Gallán ubicada en la isla de Chiloé, la construcción de este puente dará continuidad a la ruta 5 sur.

Figura 2.3: Ubicación global del puente Chacao Fuente: Ministerio de Obras Públicas, 2012

Figura 2.4: Ubicación puente Chacao Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015 8

Figura 2.5: Visa general puente Chacao Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015

2.4

Proceso de Diseño

Fase 1: Diseño de detalle, se basa en la ingeniería básica donde se recopiló información de terreno, mediciones y modelado. Adicionalmente como referencia se utilizó un diseño anterior para la ingeniería final del proyecto.

Fase 2: Topografía y batimetría, a través de un estudio topográfico y batimétrico se creó un mapa del terreno de todas las secciones y sectores a intervenir en el proyecto, como fundaciones, bloques de anclaje, pilas y estribos del puente.

9

Figura 2.6: Topografía y batimetría de los sectores a intervenir en el proyecto Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015

Fase 3: Estudio geotécnico, adicionalmente a los estudios de suelo de 2001 y 2006, nuevos estudios en cada zona de las fundaciones y las zonas de servicio fueron llevados a cabo, además considerando la posibilidad de un terremoto se realizaron varios testeos dinámicos triaxiales en el laboratorio Fugro Consultants en Houston y en el laboratorio IDIEM en Chile. Para la extracción de muestras se utilizaron plataformas Jack Up en la zona de la pila central y en la zona de la pila norte.

Fase 4: Estudios de socavación y erosión, se realizaron alrededor de la pila central y norte, que son las zonas más expuestas a las fuertes corrientes.

Fase 5: Estudios geológicos, la roca remolino tiene una condición inusual, ya que, la capa de roca está por sobre la capa de arena. Adicionalmente, con el objetivo de verificar cimentación inusual, se incorporó un análisis a muestras tomadas y se realizó un monitoreo de las pendientes submarinas, esto se realizó mediante monitoreo ROV (vehículo operado a control remoto).

Fase 6: Estudio sísmico, se instaló un sistema de 2 tipos de medición sísmica de 11 estaciones para monitorear la Falla del Golfo de Ancud (FGA) y así hacer una estimación de su comportamiento en un periodo de 1000 años. 10

Fase 7: Estudio de viento, se construyeron 3 torres cercanas al puente, se realizó un monitoreo durante la fase de diseño, que fue complementada con la información de 20 años registrada por la estación cercana, El Tepual, que justificó el diseño del puente para una velocidad de viento de 63 metros por segundo.

Fase 8: Estudios marítimos, con el objetivo de recopilar información marítima se realizaron mediciones de marea, oleaje y corrientes, 2 veces durante el verano e invierno.

Fase 9: Túnel de viento, el puente de Chacao es un puente colgante de 3 secciones y es susceptible a ser afectado por los vientos debido a su alta flexibilidad y su bajo nivel de amortiguación estructural.

El modelo completo del puente con las secciones del tablero y las 3 pilas, fueron testeados en un modelo a escala de 1:250, las pruebas se realizaron en un túnel aerodinámico en Corea.

2.5

Proceso Constructivo

Fase 1: Construcción de la Pila Central, ésta tendrá forma de “Y” invertida y estará ubicada en la roca Remolino, su fundación se realizará a 10 metros de profundidad de agua sobre pilotes pre escavados con un macizo de base construido ligeramente sobre el nivel del agua, se cimentarán 36 pilotes los cuales soportarán el encepado, 9 de los cuales estarán situados bajo cada pata de la pila. Las pilas se construirán usando un sistema auto trepante.

Fase 2: Construcción Pila Norte, la fundación de la pila norte seguirá el mismo proceso constructivo de la pila central, se instalarán 18 pilotes de 2,5 metros de diámetro, los que soportarán el encepado y 9 pilotes colocados bajo cada pata de la pila. La fundación de la pila sur será directamente en tierra firme, después de la 11

preparación del fondo del área excavada se instalarán moldes para los trabajos de hormigón, seguidos de la colocación de acero de refuerzo y concreto, el relleno alrededor de la fundación completará la construcción de la fundación de esta pila.

Fase 3: Instalación de los macizos de anclaje, los cables principales del puente colgante estarán anclados en tierra en 2 macizos de anclaje de hormigón, colocados a cada extremo del canal de Chacao. Los cables principales se extienden sobre sillas de distribución localizadas a la entrada del macizo de anclaje y se internan en el punto del talón del anclaje. El macizo consiste en dos cámaras de anclaje, una para cada cable principal, para lo que se escavará un foso en terreno y se instalarán los moldes para los trabajos de hormigón, seguidos por la colocación de las barras de refuerzo y concreto, las barras de anclaje para el cable principal y las barras pretensadas para el macizo de anclaje.

Fase 4: preparación para elevar la pasarela colgante, lo que comprende la instalación de líneas de apoyo, elevación de pasarelas, construcción de los estribos norte y terraplenes de acceso.

Fase 5: Instalación del cable principal, estará fabricado por 60 alambres paralelos cada uno formado de 127 alambres de un diámetro de 5,4 milímetros cada uno, es decir 7620 alambres en total por cada cable principal, los cables estarán anclados a la cámara de distribución dentro del macizo de anclaje y se apoyarán en sillas localizadas en la parte superior de las pilas.

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Figura 2.7: Configuración del cable principal Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015

Fase 6: Elevación de las secciones del tablero, debido a sus dimensiones éstas serán trasladadas mediante barcazas hasta el puente, desde donde serán izadas mediante grúas sujetas a los cables principales, la construcción de la superestructura del puente estará compuesta por un tablero metálico que cuelga de dos líneas de cables principales de 524 milímetros de diámetro, mediante un sistema de péndolas. El alzamiento comenzará en la mitad del vano, posteriormente los tableros serán soldados.

Figura 2.8: Elevación del tablero. Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015 13

Fase 7: Finalización de los trabajos, desarme de las pasarelas, limpieza del tablero, aplicación de capas de desgaste, aplicación del pavimento, instalación de defensas de tráfico, barreras anti impacto y demás equipos de puente como bermas, baranda exterior y central, etc.

14

3

Desarrollo del trabajo

3.1

Descripción del problema a resolver

Como se mencionó anteriormente lo que se quiere lograr con este trabajo, es conseguir que el Puente Chacao cuente con los elementos sísmicos más idóneos, para ello en primer lugar se deben determinar las solicitaciones y deformaciones a las que están sometidos, y luego para asegurar la calidad, se aplicará la exigencia de distintas normativas y códigos internacionales.

3.2

Metodología

A continuación, se describirá un paso a paso del trabajo realizado, el primer punto es definir cuáles son los elementos sísmicos que se utilizarán, luego se explicará la ubicación de cada elemento dentro del puente, una vez concluido esto se procede a analizar las solicitaciones a las que están expuestos y finalmente se definen especificaciones técnicas en base a normas y códigos internacionales. El fin de plantear especificaciones técnicas para cada uno de los elementos sísmicos, es garantizar la capacidad y funcionalidad de los elementos independiente del proveedor.

3.3

Elementos sísmicos que se utilizarán en el Puente Chacao

El objetivo principal de estos elementos es disminuir los efectos causados por las cargas de sismo o viento. Los elementos sísmicos como los apoyos, las juntas de expansión y los amortiguadores, son unidades mecánicas que cumplen con asegurar el apoyo, fijación o conexión entre varias partes estructurales del puente, pueden transmitir fuerzas y permitir desplazamientos o rotaciones donde se requiera.

15

La principal diferencia entre los sistemas de amortiguadores y los elementos como las juntas de expansión, es que los amortiguadores pueden disipar energía ya que pueden permitir desplazamientos bajo un cierto incremento de carga aplicada, a diferencia de las juntas que forman una conexión rígida y generan respuestas ante una carga de gran velocidad.

3.3.1 Junta de expansión

Estos elementos permiten desplazamientos y rotaciones entre las partes estructurales que se requieran unir, generando así una continuidad del elemento estructural, deben garantizar impermeabilidad, transmisión de cargas a la estructura. Las juntas de expansión deben ser del tipo rótula modular debido a los movimientos generados por cargas operacionales y a las solicitaciones generadas por la acción sísmica. Estos elementos se encontrarán ubicados en el Estribo Norte, Pila Sur y Estribo Sur

Figura 3.1: Junta de expansión Fuente: Mageba

16

Figura 3.2: Junta de expansión Fuente: MOP, 2013

Figura 3.3: Capacidad de movimiento de una junta de expansión Fuente: D. S. Brown

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3.3.2 Amortiguador

Estos dispositivos en forma de cilindro, permiten la disipación de energía a través de la fuerza de reacción de un fluido viscoso que se mueve a través de un sistema de válvulas. La principal función de estos elementos es limitar el movimiento en las juntas de expansión y en los apoyos, principalmente causados por el tráfico vehicular, carga provocada por el viento, eventos extremos como sismos, entre otros. Además, estos elementos proporcionan restricciones de movimientos para proteger las estructuras que responden a las solicitaciones sísmicas.

Figura 3.4: Amortiguador Fuente: Elemka

3.3.3 Apoyo vertical tipo biela (Link Shoe)

Son apoyos del tipo péndulo o biela, estos elementos se encontrarán ubicados en el estribo norte y la pila sur, su principal función será soportar grandes desplazamientos longitudinales y fuerzas provenientes de la viga del puente en suspensión. Se considera que el uso de este tipo de amortiguadores es mejor opción que los apoyos, ya que presentan restricciones ascendentes debido a que son aparatos simples y muy robustos. 18

Figura 3.5: Apoyo vertical link shoe Fuente: MOP, 2015

Figura 3.6: Apoyo Vertical Link Shoe Fuente: MOP, 2013 19

3.3.4 Apoyo transversal de viento (apoyo esférico)

Los apoyos esféricos se encuentran diseñados para resistir cargas verticales, horizontales y longitudinales, también son diseñados para resistir grandes desplazamientos estructurales y rotaciones. La principal función de estos elementos es transmitir los esfuerzos de la viga del puente a la subestructura, es decir a las pilas. Estos elementos se encontrarán ubicados en el estribo norte y las pilas, se considera que el uso de apoyos esféricos es el más idóneo, comparado con los apoyos tipo disco y elastoméricos, su mecanismo pretensado contribuye a evitar esfuerzos impuestos o fuertes efectos deslizantes.

Figura 3.7: Apoyo esférico. Fuente: Archiexpo 3.3.5 Tope Extremo

El principal objetivo de estos elementos es limitar el movimiento longitudinal de la viga principal, logrando esto se reduce el desplazamiento de las juntas de expansión, además se reducen las solicitaciones de los apoyos y amortiguadores. Los topes extremos se colocarán en ambos extremos el puente. La mejor solución para estos elementos sísmicos es la utilización de soportes de hormigón armado con bloques de neopreno para amortiguar y distribuir el impacto de las fuerzas en las estructuras en contacto. No tienen acero de refuerzo en su interior.

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Figura 3.8: Tope extremo Fuente: Maurer, 2015.

3.3.6 Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones

Para este tipo de elemento se considera el uso de apoyos elastoméricos multidireccionales. Son elementos de apoyo configurados por un bloque de elastómero dentro del cual se encuentran intercaladas una o más láminas de acero, las que se unen al elastómero a través de vulcanización en caliente. Las láminas producen un efecto de rigidez vertical y también reducen la expansión de la goma. El principal objetivo de la vulcanización es transmitir los esfuerzos de la goma a la lámina y de garantizar la protección del acero contra la corrosión.

Figura 3.9: Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones Fuente: E & M

21

3.3.7 Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional

Para este tipo de elemento se considera el uso de apoyos elastoméricos con restricción transversal (se deben evitar los movimientos en esta dirección). En la parte superior posee una lámina de PTFE y una guía central capaz de resistir a las fuerzas perpendiculares a esta, y determinar la dirección de deslizamiento del apoyo.

Figura 3.10: Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional Fuente: Fip industriale

Una lámina PTFE consiste en una placa de politetrafluoroetileno, que es capaz de resistir altas temperaturas (entre los -270°C hasta los 320°C), es antiadherente a casi todos los productos, flexible, es resistente a productos químicos y solventes.

3.3.8 Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo

Se considera el uso de bloques de neopreno, la principal función de este elemento es reducir las fuerzas de reacción sísmica y mantener un alto nivel de seguridad frente al colapso estructural en el caso de sismos severos, también deben ser capaces de limitar los desplazamientos transversales, actúan como fusibles.

22

Figura 3.11: Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo, bloque de neopreno Fuente: Mageba

3.4

Ubicación de los elementos sísmicos

Para definir la ubicación de cada elemento dentro del puente, primero se debe entender cómo se encuentra configurado el mismo.

3.4.1 Sistema de ejes

El sistema de ejes globales para el puente es el que se muestra a continuación Eje X: representa el eje a lo largo de la viga del puente, es positivo hacia el norte. Eje Z: representa el eje transversal, positivo hacia el este. Eje Y: representa el eje vertical, positivo hacia arriba.

Figura 3.12: Sistema de ejes globales Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

23

3.4.2 Plano elevación Puente Chacao

En el anexo A, se puede ver más detallado el plano de elevación del Puente Chacao, además de la ubicación de cada uno de los elementos.

Figura 3.13: Plano en elevacion Puente Chacao Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

La parte del puente que abarca desde el Estribo Norte hasta la Pila Sur, se encuentra suspendido mediante péndolas, por lo que se le llamara puente en suspensión. La parte que se encuentra entre la Pila Sur y el Estribo Sur, se encuentra soportado mediante cepas (tipo viaducto) por lo que se le llamará puente de aproximación. Es importante hacer esta diferencia ya que, en la intersección de estas dos estructuras (Pila Sur) es donde se concentra la mayor cantidad de elementos sísmicos.

Puente en Suspensión

Se considera puente en suspensión a la parte del puente que se encuentra ubicada entre el Estribo Norte y la Pila Sur, tiene una longitud total de 2534 metros, en esta parte del puente Chacao las vigas se encuentran soportadas por los apoyos presentes en el Estribo Norte y la Pila Sur. En la dirección transversal el tablero tiene restringidos los movimientos en todas las pilas y estribos, gracias a los apoyos transversales que se encuentran en el Estribo Norte, Pila Norte, Pila Central y Pila 24

Sur. Los desplazamientos longitudinales se encuentran restringidos por los amortiguadores presentes en el Estribo Norte y por los topes extremos presentes en el Estribo Norte y en la Pila Sur. Para explicar esto de mejor manera se indicará cuantos y que tipo de elementos sísmicos se encuentran presentes en cada una de las estructuras como estribos y columnas.

Figura 3.14: Puente en Suspensión Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015

Dentro del puente en suspensión se consideran las siguientes estructuras:  Estribo Norte  Pila Norte  Pila Central  Pila Sur

Puente de Aproximación

El puente de aproximación se encuentra ubicado entre la Pila Sur y el Estribo Sur, tiene una longitud total de 220 metros, consiste en un viaducto de 3 vanos, se encuentra compuesto por 3 vigas principales, el vano principal de este puente se apoya sobre las 2 cepas compuestas por 2 columnas cada una, que se encuentran en los ejes 8 y 9. Los apoyos verticales se encuentran en todos los ejes por debajo de cada una de las tres vigas principales. Se proporcionan apoyos transversales tanto en el estribo como en la pila, estas restricciones transversales actúan como 25

fusibles diseñados para fallar ante una determinada solicitación, como por ejemplo un sismo severo.

Figura 3.15: Puente de Aproximación Fuente: Presentación Puente Chacao, 2015

Dentro del puente de aproximación se consideran las siguientes estructuras:  Columnas Puente de Aproximación – Eje 8  Columnas Puente de Aproximación – Eje 9  Estribo Sur

26

3.4.3 Plano de la ubicación de los elementos sísmicos vistos de planta

En la página siguiente (página 28), se puede ver más detallado el plano de planta de la ubicación de cada uno de los elementos sísmicos.

Figura 3.17: Plano general de la ubicación de los elementos sismicos Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. Figura N° 3.16

27

Nota: la simbologia de la figura 3.16 se enuentra en la siguiente página.

28

3.4.4 Simbología de los elementos sísmicos

Figura 3.17: Simbología de elementos sísmicos Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

A continuación se detallará la distribución de los elementos sísmicos a lo largo de cada elemento estructural del puente, desde el estribo norte hasta el sur.

3.4.5 Estribo Norte

En el estribo norte se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Apoyo Vertical Link Shoe, 2 unidades  Amortiguador, 2 unidades  Apoyo Transversal (apoyo esférico), 2 unidades  Tope Exremo, 2 unidades  Junta de expansión, 1 unidad

Para las figuras que aparecen a continuacion, los siguientes números indican relación con cada elemento sísmico dentro del plano. Cabe mencionar que los puntos de alzamiento no constituyen elementos sísmicos, son puntos reforzados del puente donde se puede hacer izaje para la reparación o cambio de elementos 29

sísmicos, se considera que es importante mencionarlos ya que son fundamentales dentro del diseño del puente, sin estos puntos de alzamiento, no se podrian reemplazar o reparar los elementos sísmicos ante fallas o colapsos de los mismos. [ 1 ]  Apoyo Vertical Link Shoe [ 2 ]  Apoyo Transversal de viento [ 3 ]  Amortiguador [ 4 ]  Tope Extremo [ 5 ]  Puntos de Alzamiento [ 6 ]  Junta de Expansión

En la figura 3.18 se puede tener una vista longitudinal del elemento sísmico junta de expansión y del amortiguador.

Figura 3.18: Plano vista longitudinal del Estribo Norte, enfocado en la junta de expansión y amortiguador. Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

30

En la figura 3.19 se puede tener una vista en planta de la distribución de cada elemento.

Figura 3.19: Plano vista en planta del Estribo Norte Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

En la figura 3.20 se puede tener una vista longitudinal de la distribución de cada elemento.

Figura 3.20: Plano vista en Longitudinal del Estribo Norte Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 31

En la figura 3.21 se puede tener una vista transversal de la distribución de cada elemento.

Figura 3.21: Plano vista en Transversal del Estribo Norte Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

3.4.6 Pila Norte

En la Pila Norte se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Apoyo Transversal (apoyo esférico), 2 unidades

La relación del número con cada elemento sísmico dentro del plano, es la siguiente: [ 2 ]  Apoyo Transversal de viento (apoyo esférico)

32


Figura 3.22: Plano vista en planta de la Pila Norte Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

33

En la figura 3.23 se puede tener una vista longitudinal del apoyo transversal.

Figura 3.23: Plano vista en Longitudinal de la Pila Norte Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.


Figura 3.24: Plano vista en Transversal de la Pila Norte Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 34

3.4.7 Pila Central

En la Pila Central se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Apoyo Transversal (apoyo esférico), 2 unidades

La relación del número con cada elemento sísmico dentro del plano, es la siguiente: [ 2 ]  Apoyo Transversal de viento (apoyo esférico)


Figura 3.25: Plano vista en planta de la Pila Central Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 35

En la figura 3.26 se puede tener una vista longitudinal del apoyo transversal.

Figura 3.26: Plano vista en Longitudinal de la Pila Central Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.


Figura 3.27: Plano vista en Transversal de la Pila Central Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

36

3.4.8 Pila Sur

En la Pila Sur se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Apoyo Transversal de viento (apoyo esférico), 2 unidades  Apoyo Vertical Link Shoe, 2 unidades  Tope Exremo, 2 unidades  Junta de expansión, 1 unidad  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo, 3 unidades  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones, 2 unidad  Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional, 1 unidad

La relacion del número con cada elemento sísmico dentro del plano, es la siguiente: [ 1 ]  Apoyo Vertical Link Shoe [ 2 ]  Apoyo Transversal de viento [ 4 ]  Tope Extremo [ 5 ]  Puntos de Alzamiento [ 6 ]  Junta de Expansión [ 7 ]  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo [ 8 ]  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones [ 9 ]  Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional

37


Figura 3.28: Plano vista en planta de la Pila Sur Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

En la figura 3.29 se puede tener una vista longitudinal de la Pila Sur

Figura 3.29: Plano vista en Longitudinal de la Pila Sur Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 38


Figura 3.30: Plano vista en Transversal de la Pila Sur Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 3.4.9 Columnas Puente de Aproximación – Eje 8

En las columnas del Puente de Aproximación ubicadas en el eje 8, se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo, 2 unidades  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones, 3 unidades

La relacion del número con cada elemento sísmico dentro del plano, es la siguiente: [ 5 ]  Puntos de Alzamiento [ 7 ]  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo [ 8 ]  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones

39

En la figura 3.31 se puede tener una vista transversal de la distribución de cada elemento

Figura 3.31: Plano vista en Transversal de las columnas del Puente de Aproximación ubicadas en el eje 8 Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 3.4.10 Columnas Puente de Aproximación – Eje 9

En las columnas del Puente de Aproximación ubicadas en el eje 9, se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo, 2 unidades  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones, 3 unidad

La relación del numero con cada elemento sísmico dentro del plano, es la siguiente: [ 5 ]  Puntos de Alzamiento [ 7 ]  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo [ 8 ]  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones

40

En la figura 3.32 se puede tener una vista transversal de la distribucion de cada elemento

Figura 3.32: Plano vista en Transversal de las columnas del Puente de Aproximación ubicadas en el eje 9. Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

3.4.11 Estribo Sur

En las columnas del Puente de Aproximación ubicadas en el eje 8, se encuentran ubicados los siguentes elementos sísmicos:  Junta de expansión, 1 unidad  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo, 3 unidades  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones, 2 unidad  Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional, 1 unidades

La relacion del número con cada elemento sísmico dentro del plano, es la siguiente: [ 5 ]  Puntos de Alzamiento [ 6 ]  Junta de Expansión [ 7 ]  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo [ 8 ]  Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones [ 9 ]  Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional 41


Figura 3.33: Plano vista en planta del Estribo Sur Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

En la figura 3.34 se puede tener una vista longitudinal del Esribo Sur

Figura 3.34: Plano vista en Longitudinal del Esribo Sur Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 42

En la figura 3.35 se puede tener una vista transversal de la distribucion de cada elemento.

Figura 3.35: Plano vista en Transversal del Esribo Sur Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

43

3.5

Filosofía de diseño

Las solicitaciones para los elementos sísmicos se obtuvieron analizando los resultados del diseño estructural del puente, es por ello que se debe entender como fue diseñado, pese a estar fuera del alcance del presente taller profesional, se explicarán brevemente las bases de la filosofía de diseño, esto con el fin de tener una mejor comprensión de los distintos esfuerzos de los elementos sísmicos.

Las conexiones y componentes de un puente deberán satisfacer cada uno de los siguientes estados límite. Se toma como base el criterio de diseño AASHTO LRFD Bridge Design Specification, pero se agregan con complementos especificados para el diseño del Puente Chacao

3.5.1 Estado límite de servicio

El estado límite de servicio deberá tomarse como limitaciones sobre las tensiones, deformaciones y dimensión de fisuras bajo las condiciones regulares de servicio, hace referencia principalmente a la utilización normal de la estructura y a su durabilidad.

Estado límite de servicio:  Servicio I: combinación de carga para el uso normal del puente, aplican todas las cargas en sus valores nominales, también se relaciona con el control de grietas en estructuras de concreto reforzado.  Servicio II: Combinación de carga para el control de rendimiento de las estructuras de acero, y control de aflojamiento de las conexiones críticas debido a las cargas de vehículos.  Servicio III: Combinación de carga longitudinal, análisis en relación a la tensión en las superestructuras de hormigón pretensado con el objetivo de generar grietas. También se considerarán otros hormigones pretensados de 44

miembros donde la contribución de carga viva a la sección transversal de fuerzas es significativo.  Servicio IV: Combinación de carga donde sólo se considera la tensión en hormigón pretensado las columnas con el objetivo de controlar posibles grietas. También se considerarán cuando las contribuciones de carga de viento a la sección transversal son fuerzas importantes.  Servicio V: Combinación de carga para el control de gálibo de navegación con carga viva. Por carga viva el factor de carga 0,4 se aplicará al carril carga y 0,75 para la carga en el eje.  Servicio VI: Carga para la comprobación combinación de gálibo de navegación con efectos de la temperatura de carga  Servicio VII: Combinación de carga para el control de gálibo de navegación con viento de carga.  Servicio VIII: Igual que estado límite de Servicio I, pero con carga de viento, WSL correspondiente a la velocidad del viento de 20 m/s (límite para vehículos de gran tamaño)

3.5.2 Estado límite de resistencia

El estado límite de resistencia se entenderá como un estado en el que la estructura debe contar con la capacidad suficiente para soportar las cargas previstas, estas cargas generan solicitación en la estructura que son superiores a las consideradas en el estado límite de servicio, pero no mayores a las consideradas en el estado límite de evento extremo.

Resistencia estado límite:  Resistencia I: Combinación de carga básica que corresponde a la combinación de carga normal, más la carga vehicular en uso del puente (sin viento).

45

 Resistencia II: Combinación Carga que corresponde a la utilización del puente que considera cargas de vehículos especiales.  Resistencia III: Combinación de carga del puente expuesto a velocidades de viento superior a 25 m/s.  Resistencia IV: Combinación de carga estática y carga viva, considera los efectos de fuerza.  Resistencia V: Combinación de Carga vehicular del puente con viento de 25 m/s de velocidad.  Resistencia VI: Igual que estado límite Resistencia V, pero con el viento de carga aplicada como WSL correspondiente a la velocidad del viento de 20 m/s (límite para vehículos de gran tamaño)

3.5.3 Estado límite de evento extremo

El estado límite de evento extremo deberá tomarse para garantizar la supervivencia estructural del puente durante los siguientes eventos:  Terremoto (EQ)  Colisión de embarcaciones (CV)  Colisión de vehículos (CT)  Carga explosiva (BL)  Tsunami (TS)  Ruptura de péndola (RH)  Fuego (FI)  Colisión de Avión (AC)

El puente se diseñará, en general, para el nivel de carga que corresponda con el evento extremo con un período de retorno de 2.500 años

46

Evento extremo estado límite:  Evento extremo I: Combinación de carga donde se incluye terremoto. El factor de carga de carga viva se tomarán como 0.25, la masa de carga viva no se incluirán en el análisis dinámico sísmico del puente.  Evento Extremo II: Carga combinación de evento extremo. (EQ, CV, CT, BL, TS, RH, FI, AC), en la página 42 se pueden apreciar las combinaciones de carga.  Evento Extremo III: Combinación de carga de eventos extremos de tsunamis (TS), en la página 42 se pueden apreciar las combinaciones de carga.

3.5.4 Cargas y factores de carga

Para definir las cargas y factores de carga se toma como base el criterio de diseño AASHTO LRFD Bridge Design Specification, pero se agregan complementos especificados para el diseño del Puente Chacao, entre ellos cargas, factores de carga, combinaciones de carga y estados límite.

Las abreviaturas de las cargas y efectos de carga son los siguientes:

3.5.4.1 Cargas permanentes  CR = Fuerza provocada por efectos fluencia  DD = Carga muerta producida por esfuerzos asientos de pilas  DC = Carga muertas de los componentes estructurales y elementos no estructurales  DW = Cargas muertas de superficie de rodados y servicios  EH = Fuerza de la masa de presión horizontal  EL = Fuerza resultante del proceso de construcción  ES = Fuerza de carga de tierra  EV = Presión vertical de cargas muertas de relleno de tierra 47

 PS = Efectos secundarios de post-tensado  SH = Efectos de fuerza debido a retracción

3.5.4.2 Cargas transitorias  BL = Carga explosiva  BR = Carga de frenado de vehículos  CE = Carga por fuerza centrífuga vehicular  CT = Carga colisión vehicular  CV = Fuerza de colisión buque  EQ = Carga por terremoto  DON = Carga por fricción  IC = Carga de hielo  IM = Asignación dinámica vehicular  LL = Carga viva vehicular  LS = Carga viva excedente  PL = Carga viva peatonal  GL = Cargas de grúas de inspección  SE = Carga generada por rotación y asentamientos de las fundaciones  TG = Efecto de la fuerza debido al gradiente de temperatura  TU = Efecto de la fuerza debido a temperatura uniforme  WA = Carga de agua (presión y flujo)  WL = Carga viva de viento  WS = Viento en la estructura  WSL = Viento sobre la estructura y carga viva  FI = Carga De fuego  AC = Carga por colisión de aeroplanos  TS = Carga por tsunami  DER. = Carga de rotura de péndolas  CL = Las cargas que actúan sobre la estructura sólo durante la etapa de construcción 48

3.5.4.3 Combinaciones y factores de carga

Tabla 3.1: Combinaciones y factores de carga.

Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

Donde:  Γp: Factor de carga para carga permanente  Γtg: Factor de carga para gradiente de temperatura  Γse: Factor de carga para el asentamiento

49

Para entender la tabla anterior se explicará la combinación de carga del Estado Límite de Resistencia I. Resistencia

I

=

[Γp

(DC+DD+DW+EH+EV+ES+EL+PS+CR+SH)]

+

[1,75

(LL+IM+CE+BR+ PL+LS)] + (WA) + (DO+N) + [(0,5/1,2) (TU)] + Γtg (TG) + Γse (SE)

50

3.6

Solicitaciones de los elementos sísmicos

Las cargas, desplazamientos y deformaciones que afectan a los elementos sísmicos se obtuvieron mediante un estudio del diseño estructural del Puente Chacao, específicamente de los informes “Global Analysis” y “Unidades mecánicas funcionales, diseño definitivo”, estos archivos contienen todas las solicitaciones a las que está sometido el puente, para este taller profesional solo se analizaron las solicitaciones a las están sometidos los elementos sísmicos.

3.6.1 Metodología para determinar las solicitaciones de cada elemento sísmico

A continuación, se explicará cómo se obtuvieron los esfuerzos y los desplazamientos correspondientes a los amortiguadores que se ubican en el Estribo Norte, se entiende que para todos los demás elementos sísmicos se siguió la misma metodología 3.6.1.1 Datos obtenidos del diseño estructural – Solicitaciones

Primero se va recopilando información de las solicitaciones, separándolas por estados límite, de servicio, de resistencia y de evento extremo.

Para comprender mejor los datos que se muestran a continuación, se presentará la siguiente tabla que indica el número al que corresponde cada elemento.

Tabla 3.2: Descripción de la numeración de elementos.

Fuente: Autoría propia 51

Se evalúan las solicitaciones para 4 posibles ubicaciones de los amortiguadores. Como se puede ver en la figura 3.36 las máximas fuerzas de reacción para estado límite de servicio ocurren en la ubicación este – central y oeste. La carga de tracción es de 7484 kN y la carga a compresión es de 6515 kN. El signo negativo indica que la carga está a compresión y el signo positivo indica que está a tracción. Se consideran las mayores solicitaciones (independiente de la ubicación) porque cuando se adquieran ambos amortiguadores, es decir cuando se realice la compra de estos, deberán ser los mismos requerimientos para ambas unidades. El mismo criterio se aplica para los demás elementos sísmicos.

Figura 3.36: Fuerzas de reacción para estado límite de servicio Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015. 52

Tabla 3.3: Resumen de las fuerzas de reacción para estado límite de servicio

Condición de

Q mín.

Q máx.

carga

[ kN ]

[ kN ]

Servicio

-6515

7484

Fuente: Autoría propia

El siguiente paso es evaluar las cargas del estado límite de resistencia. Se evalúan las solicitaciones para 4 posibles ubicaciones de los amortiguadores. Como se puede ver en la figura 3.37 las máximas fuerzas de reacción para estado límite de resistencia ocurren en la ubicación este. La carga de tracción es de 13.024 kN y la carga a compresión es de 12.960 kN.

Figura 3.37: Fuerzas de reacción para estado límite de resistencia. Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao 53

Tabla 3.4: Resumen de las fuerzas de reacción para estado límite de resistencia.

Condición de

Q mín.

Q máx.

carga

[ kN ]

[ kN ]

Resistencia

-12960

13024


Luego se evalúan las cargas del Estado Límite de Evento Extremo. Se evalúan las solicitaciones para 4 posibles ubicaciones de los amortiguadores. Como se puede ver en la figura 3.38 las máximas fuerzas de reacción para estado límite de evento extremo ocurren en la ubicación este y oeste. La carga de tracción es de 14797 kN y la carga a compresión es de 14751 kN. Dado que se está analizando el caso se evento extremo existe un mayor número de combinaciones de carga.

Para entender las tablas que se muestran a continuación se explicarán las distintas combinaciones de carga que aparecen en ellas.

Si bien las combinaciones de carga que se incluyen en estas tablas no se limitan solo a las de Estado Límite de Evento Extremo I, II y III, los ingenieros consideraron prudente demostrar que se aplicaron otras combinaciones de carga al análisis estructural del puente. Pese a esto los mayores esfuerzos se obtienen para la combinación de carga de Estado Límite de Evento Extremo I. El factor de carga se toma como 1 o 0,25 dependiendo del criterio utilizado por el ingeniero estructural.

Las combinaciones 1,2,3 y 4, si bien son realizadas por los ingenieros durante el proceso de modelación estructural del puente, sus resultados no son relevantes ya que los mayores esfuerzos se obtienen para la combinación de carga de Estado Límite de Evento Extremo I. Pese a que la combinación de carga LiveLoadTR.sup incluye las cargas de viendo (a diferencia de las combinaciones I, II y III que no las incluyen). 54

La primera combinación de carga que aparece es SW_DC, la cual corresponde a la sumatoria de las cargas DD y DC.

La segunda combinación de carga que aparece es SW_DW, la cual considera sólo la carga DW.

La tercera combinación de carga que aparece es LiveLoadUDL.sup, la cual considera sólo la carga CL.

La cuarta combinación de carga que aparece es LiveLoadTR.sup, la cual corresponde a la sumatoria de las cargas LL, LS, PL, WL y WSL.

La quinta combinación de carga que aparece es EQ_RS_Nab.sup, la cual corresponde a Estado Límite de Evento Extremo II.

La sexta combinación de carga que aparece es EQ_RS_Nab_BUF.sup, la cual corresponde a Estado Límite de Evento Extremo III.

La séptima y última combinación de carga que aparece es EEI_Nab_Comp.sup, la cual corresponde a Estado Límite de Evento Extremo I.

55

56

Figura 3.38: Fuerzas de reacción para estado límite de evento extremo. Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

Tabla 3.5: Resumen de las fuerzas de reacción para estado límite de evento extremo. Condición de

Q mín.

Q máx.

carga

[ kN ]

[ kN ]

-14751

14797

Evento Extremo


Para concretar se genera un resumen general de solicitaciones en estos elementos sísmicos. Todo lo analizado anteriormente se resume en esta tabla. Es importante que se entienda de donde se obtienen las cargas, por ello se explicó el procedimiento, sin embargo, para los demás elementos sísmicos solo se presentará la tabla resumida, dado que se siguió la misma metodología no existe la necesidad de volver a explicar de dónde se sacaron los esfuerzos.

Tabla 3.6: Resumen de cargas

Elemento

Amortiguador

Ubicación

Estribo Norte

Condición de

Q mín.

Q máx.

carga

[ kN ]

[ kN ]

Servicio

-6515

7484

Resistencia

-12960

13024

-14751

14797

Evento Extremo


Finalmente se debe definir la carga con la que deben cumplir estos elementos sísmicos, se eligen las mayores solicitaciones.

Tabla 3.7: Selección de cargas

Elemento

Amortiguador

Ubicación

Estribo Norte

Condición de

Q mín.

Q máx.

carga

[ kN ]

[ kN ]

Servicio

-6515

7484

Resistencia

-12960

13024

-14751

14797

Evento Extremo


Tabla 3.8: Resumen

Elemento

Ubicación

Q mín.

Q máx.

[ kN ]

[ kN ]

-14751

14797

Estribo Amortiguador Norte

Fuente: Autoría propia 3.6.1.2 Datos obtenidos del diseño estructural – Desplazamientos

Primero se va recopilando información de las deformaciones, separándolas por estados límite, de servicio, de resistencia y de evento extremo, para cada estado límite se asocian ciertas combinaciones de carga, que son las que generan mayores desplazamientos. Para comprender mejor los datos que se muestran a continuación, se presentará la siguiente tabla que indica la deformación del amortiguador para la ubicación dada, en este caso es el Estribo Norte.

Tabla 3.9: Descripción de la numeración de elementos.

Descripción

Número

Estribo Norte

26501


Según el punto 3.4.1 del presente informe, el signo negativo indica que el desplazamiento ocurre en dirección sur, y el signo positivo indica que el desplazamiento ocurre en dirección norte

59

Como se puede ver en la figura 3.39 los máximos desplazamientos a los que están sometidos los amortiguadores ubicados en el estribo norte son: 1053 milímetros en dirección sur y 856 milímetros en dirección norte, para estado límite de servicio.

Figura 3.39: Desplazamiento amortiguadores en Estribo Norte para estado límite de servicio. Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

Tabla 3.10: Resumen de desplazamientos para estado límite de servicio.

Condición de

Vx mín.

Vx máx.

carga

[ mm ]

[ mm ]

-1053

856

Evento Extremo


60

El siguiente paso es evaluar los desplazamientos generados por las solicitaciones del estado límite de resistencia. Como se puede ver en la figura 3.40 los máximos desplazamientos a los que están sometidos los amortiguadores ubicados en el Estribo Norte son: 1140 milímetros en dirección sur y 1205 milímetros en dirección norte, para estado límite de servicio.

Figura 3.40: Desplazamiento amortiguadores en Estribo Norte para estado límite de resistencia. Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

Tabla 3.11: Resumen de desplazamientos para estado límite de resistencia.

Condición de

Vx mín.

Vx máx.

carga

[ mm ]

[ mm ]

-1140

1205

Evento Extremo


Luego se evalúan los desplazamientos generados por las solicitaciones del estado límite de evento extremo. Como se puede ver en la figura 3.41 los máximos desplazamientos a los que están sometidos los amortiguadores ubicados en el Estribo Norte son: 437 milímetros en dirección sur y 331 milímetros en dirección norte, para estado límite de servicio.

Figura 3.41: Desplazamiento amortiguadores en Estribo Norte para estado límite de evento extremo. Fuente: Consorcio Puente Chacao, 2015.

Tabla 3.12: Resumen de desplazamientos para estado límite de evento extremo

Condición de

Vx mín.

Vx máx.

carga

[ mm ]

[ mm ]

-331

437

Evento Extremo


Para concretar se genera un resumen general de desplazamientos en estos elementos sísmicos. Todo lo analizado anteriormente se resume en esta tabla, es importante que al igual que las cargas se entienda de donde se obtienen los desplazamientos, por ello se explicó el procedimiento, sin embargo, para los demás elementos sísmicos solo se presentara la tabla resumida, dado que se siguió la misma metodología no existe la necesidad de volver a explicar de dónde se sacaron los desplazamientos

Tabla 3.13: Resumen de desplazamientos

Elemento

Amortiguador

Ubicación

Estribo Norte

Condición de

Vx mín.

Vx máx.

carga

[ mm]

[ mm ]

Servicio

-1053

856

Resistencia

-1140

1205

-331

437

Evento Extremo


Finalmente se deben definir los desplazamientos con los que deben cumplir estos elementos sísmicos, por ello se eligen los más grandes.

Tabla 3.14: Selección de desplazamientos

Elemento

Amortiguador

Ubicación

Estribo Norte

Condición de

Vx mín.

Vx máx.

carga

[ mm ]

[ mm ]

Servicio

-1053

856

Extremo

-331

437

Resistencia

-1140

1205

Evento


Tabla 3.15: Resumen desplazamientos

Elemento

Ubicación

Vx mín.

Vx máx.

[ mm ]

[ mm ]

-1140

1205

Estribo Amortiguador Norte


Finalizada así la explicación de la metodología utilizada para obtener las solicitaciones y los desplazamientos, se procederá definir cada una para cada elemento sísmico.

3.6.2 Puente en Suspensión

Como se mencionó anteriormente el puente en suspensión está conformado por el Estribo Norte, Pila Norte, Pila Central y Pila Sur, el puente de aproximación lo conformas las columnas de los ejes 8 y 9 además y el Estribo Sur. Dentro del Estribo Norte y la Pila Sur es donde se concentra la mayor cantidad de elementos sísmicos.

3.6.2.1 Estribo Norte

Es el lugar donde comienza el Puente Chacao, en ese lugar se encuentran ubicados los siguientes elementos sísmicos:  Apoyo Vertical Link Shoe (LS) – 2 unidades

Las fuerzas de reacción obtenidas para el estado límite de resistencia son -7,5 MN (compresión) y 3MN (tracción). Se tiene un desplazamiento de ± 1.01 metros.

64

Tabla 3.16: cargas y desplazamientos

Elemento

Ubicación

Apoyo vertical

Estribo

Link Shoe

Norte

Desplazamientos

Q mín.

Q máx.

de carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio I - VIII

-3971

565

±1

-7533

3056

± 1.01

-6057

2596

± 0.51

Combinación

(X)

Resistencia I VI Evento Extremo I


Tabla 3.17: selección de cargas y desplazamientos

Elemento

Ubicación

Apoyo vertical

Estribo

Link Shoe

Norte

Desplazamientos

Q mín.

Q máx.

de carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio I - VIII

-3971

565

±1

-7533

3056

± 1.01

-6057

2596

± 0.51

Combinación

(X)

Resistencia I VI Evento Extremo I


65

Tabla 3.18: Resumen de cargas y desplazamientos

Elemento

Ubicación

Apoyo vertical Estribo Link Shoe

Norte

Desplazamientos

Q mín.

Q máx.

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros]

-7533

3056

± 1.01

(X)

Fuente: Autoría propia  Amortiguador (SA) – 2 unidades

Las fuerzas de reacción obtenidas son 14,8 MN (compresión) y 14,8 MN (tracción). Se tiene un desplazamiento de ± 1.2 metros.


Elemento

Amortiguador

Condición de

Q min

Q max

Desplazamientos

carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros]

Servicio

-6515

7484

± 1.05

Estribo

Resistencia

-12960

13024

± 1.2

Norte

Evento -14751

14797

Ubicación

Extremo


66

± 0.44


Elemento

Condición de

Q min

Q max

Desplazamientos

carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros]

Servicio

-6515

7484

± 1.05

Estribo

Resistencia

-12960

13024

± 1.2

Norte

Evento -14751

14797

Ubicación

Amortiguador

Extremo

± 0.44



Elemento

Amortiguador

Ubicación

Q mín.

Q máx.

[ kN ]

[ kN ]

-14751

14797

Estribo Norte

Desplazamientos (X) [ Metros ] ± 1.2

Fuente: Autoría propia  Apoyo Transversal de Viento (TWB) – 2 unidades

Se considera el uso de apoyos esféricos para este tipo de elementos, se instalarán de forma vertical para proporcionar el mejor desempeño. Desplazamientos son de ± 1000 milímetros Las fuerzas de reacción máximas calculadas son 13 MN, estos aparatos solo actúan a compresión.

67







68

 Junta de Expansión (EJ) – 1 unidad

La junta de expansión deberá especificar un rango de trabajo de ± 1.000 milímetros, tanto longitudinal como transversal y una deformación de 0.03881 radianes que equivalen a 2.2°

Tabla 3.25: desplazamientos y deformaciones

Elemento Ubicación

Condición de

Desplazamientos

Deformación

carga

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

LL

± 0.72

20.43

TU

± 0.69

0.82

TG

± 0.02

1.85

WS

± 0.41

10.23

WSL

± 0.43

1.71

Junta de

Estribo

Servicio I

±1

24.97

Expansión

Norte

Servicio VIII

±1

23.11

Resistencia I

±1

38.81

Resistencia III

±1

16.15

Resistencia VI

±1

32.69

± 0.44

12.86

Evento Extremo I


69




Elemento

Ubicación

Junta de

Estribo

Expansión

Norte

Desplazamientos Deformación [ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

±1

38.81

Fuente: Autoría propia  Tope Extremo (ES) – 2 unidades

Desplazamientos longitudinales se limitan a ± 1.000 milímetros, se toma como referencia la línea central del puente. Las fuerzas de reacción máximas calculadas son 13 MN (compresión) y 9 MN en tracción

70


Elemento

Ubicación

Condición de

Q min

Q max

Desplazamientos

carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio

-7611

2917

± 0.72

-12943

9037

±1

-9716

8312

Tope

Estribo

Resistencia

Extremo

Norte

Evento Extremo

± 0.89



Elemento

Ubicación

Condición de

Q mín.

Q máx.

Desplazamientos

carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio

-7611

2917

± 0.72

-12943

9037

±1

-9716

8312

Tope

Estribo

Resistencia

Extremo

Norte

Evento Extremo

± 0.89



Elemento Tope Extremo

Ubicación

Q mín.

Q máx.

Desplazamientos

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-12943

9037

Estribo Norte


71

±1

3.6.2.2 Pila Norte  Apoyo Transversal de Viento (TWB) – 2 unidades

Desplazamientos longitudinales se limitan a ± 1.12 milímetros Las fuerzas de reacción máximas calculadas son 26 MN, estos aparatos solo actúan a compresión.





72


Elemento

Ubicación

Q min (solo compresión)

Desplazamientos Desplazamientos (X)

(Y)

[ kN ]

[ Metros ]

[ Metros ]

-25886

±1

± 1.12

Apoyo transversal de Pila Norte viento


3.6.2.3 Pila Central  Apoyo Transversal de Viento (TWB) – 2 unidades

Desplazamientos longitudinales se limitan a ± 1.52 milímetros (se toma el mayor desplazamiento, dado que estos aparatos se fabrican para desplazarse una cierta cantidad en cualquier dirección). Las fuerzas de reacción máximas calculadas son 26 MN, estos aparatos solo actúan a compresión.



73





3.6.2.4 Pila Sur  Apoyo Vertical Link Shoe (LS)

Las fuerzas de reacción obtenidas para el estado límite de resistencia son -7,5 MN (compresión) y 4,3 MN (tracción). Se tiene un desplazamiento de ± 1.57 metros.

74


Elemento

Combinación

Q mín.

Q máx.

Desplazamientos

de carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio I - VIII

-4008

1261

± 1.12

-7422

4252

± 1.57

-4480

1626

± 0.48

Ubicación

Apoyo

Resistencia I -

vertical Link

Pila Sur

VI

Shoe

Evento Extremo I



Elemento

Combinación

Q mín.

Q máx.

Desplazamientos

de carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio I - VIII

-4008

1261

± 1.12

-7422

4252

± 1.57

-4480

1626

± 0.48

Ubicación

Apoyo

Resistencia I -

vertical Link

Pila Sur

Shoe

VI Evento Extremo I



Elemento Apoyo vertical Link Shoe

Q mín.

Ubicación

Pila Sur

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-7422

4252

± 1.57


Q máx. Desplazamientos

 Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo (USP), Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones (O) y Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional ()

Para estos 3 dispositivos se considerarán las mismas cargas, desplazamientos y deformaciones, por lo que solo se realizará un resumen para los 3 elementos sísmicos.

Para tener una mejor comprensión de la información que se muestran a continuación se presenta la siguiente tabla que indica la numeración a la que está asociada cada elemento sísmico.

Tabla 3.40: numeración de elementos sísmicos


Como se puede ver en la tabla 4.43, las fuerzas de reacción son 4,3 MN (compresión) y 0,7 MN (tracción). Se indican desplazamientos de ± 400 milímetros y deformaciones de 0,6 º (0,0101 radianes)

Tabla 3.41 cargas y desplazamientos




Tabla 3.43: Resumen cargas y desplazamientos

Elemento

Ubicación

7, 8 y 9

Pila Sur

Q min

Q max

Desplazamientos

Deformación

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

-4248

779

± 0.4

10.4

Fuente: Autoría propia  Apoyo Transversal de Viento (TWB)

Los desplazamientos son de ± 1570 milímetros Las fuerzas de reacción máximas calculadas son 11,4 MN, estos aparatos solo actúan a compresión.






Fuente: Autoría propia  Junta de Expansión (EJ)

La junta de expansión deberá especificar un rango de trabajo de ± 1.570 milímetros, tanto longitudinal como transversal y una deformación de 0,03881 radianes que equivalen a 2,2°.

78

Tabla 3.47: desplazamientos y deformaciones

Elemento Ubicación

Junta de Expansión

Pila Sur

Condición

Desplazamientos

Deformación

de carga

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

LL

± 0.7

22.61

TU

± 0.54

5

TG

± 0.02

1.68

WS

± 0.4

14.82

WSL

± 0.42

5.84

Servicio I

± 1.14

33.64

Servicio VIII

± 1.12

31.87

± 1.57

50.14

±1

24.44

± 1.46

43.71

± 0.44

11.62

Resistencia I Resistencia III Resistencia VI Evento Extremo I


79

Tabla 3.48 selección de cargas y desplazamientos

Elemento

Junta de Expansión

Ubicación

Pila Sur

Condición de Desplazamientos

Deformación

carga

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

LL

± 0.7

22.61

TU

± 0.54

5

TG

± 0.02

1.68

WS

± 0.4

14.82

WSL

± 0.42

5.84

Servicio I

± 1.14

33.64

Servicio VIII

± 1.12

31.87

Resistencia I

± 1.57

50.14

Resistencia III

±1

24.44

± 1.46

43.71

± 0.44

11.62

Resistencia VI Evento Extremo I



Elemento

Ubicación

Junta de

Estribo

Expansión

Norte


[ Rad x 10 ^3]

± 1.57

50.14


80

 Tope Extremo (ES)

Se proporciona un tope extremo en la Pila Sur para limitar el rango de desplazamientos longitudinales, el cual es de ± 1.000 milímetros hacia el puente de aproximación en la línea central del puente. La fuerza de reacción máxima obtenida es 10 MN.


Elemento

Tope Extremo

Ubicación

Pila Sur

Condición de

Q min

Q max

Desplazamientos

carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio

-4883

0

± 0.44

Resistencia

-9915

0

±1

-7483

0

Evento Extremo

± 0.93



Elemento

Tope Extremo

Ubicación

Pila Sur

Condición de

Q min

Q max

Desplazamientos

carga

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

Servicio

-4883

0

± 0.44

Resistencia

-9915

0

±1

-7483

0

Evento Extremo


81

± 0.93


Elemento

Ubicación

Tope Extremo

Pila Sur

Q mín.

Q máx.

Desplazamientos

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-9915

0

±1


3.6.3 Puente de Aproximación

Como se mencionó anteriormente el Puente de Aproximación está conformado por las columnas ubicadas en los ejes 8 y 9, además del estribo sur. A lo largo de todo este puente se encuentran distintos elementos sísmicos que juntos conforman un sistema de aislamiento sísmico para el puente de aproximación.

Para comprender de mejor manera la información que se entrega a continuación, la siguiente tabla explica a qué numeración corresponde cada elemento sísmico.

Tabla 3.53: numeración de elementos sísmicos

Fuente: Autoría propia 3.6.3.1 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 8  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo (USP), Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones (O) y Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional

82

Las fuerzas de reacción son 9,2 MN (compresión) y 1 MN (tracción). Se indican desplazamientos de ± 300 milímetros y deformaciones de 0,54º (0,00943 radianes)






Elemento

Ubicación

Q min

Q max

Desplazamientos

Deformación

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

-9193

844

± 0.278

9.43

Columna Puente 7, 8 y 9

de Aproximación - Eje 8


83

3.6.3.2 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 9  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo (USP), Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones (O) y Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional.

Las fuerzas de reacción son 9,6 MN (compresión) y 1 MN (tracción). Se indican desplazamientos de ± 300 milímetros y deformaciones de 0,25 º (0,00432 radianes)





84


Elemento

Ubicación

Q min

Q max

Desplazamientos

Deformación

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

-9590

964

± 0.303

4.32

Columna 7, 8 y 9

Puente de Aproximación Eje 9


3.6.3.3 Estribo Sur  Dispositivo de prevención de pérdida de apoyo (USP), Apoyo de aislamiento sísmico sin restricciones (O) y Apoyo de aislamiento sísmico con restricción unidireccional

Las fuerzas de reacción son 4,4 MN (compresión) y 0,8 MN (tracción). Se indican desplazamientos de ± 400 milímetros y deformaciones de 0,63º (0,01097 radianes)



85




Elemento Ubicación

7, 8 y 9

Estribo Sur

Q min

Q max

Desplazamientos

Deformación

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

-4410

771

± 0.411

10.97

Fuente: Autoría propia  Junta de Expansión (EJ)

Se indican desplazamientos de ± 400 milímetros y deformaciones de 0,63º (0,01097 radianes) Tabla 3.63 cargas y desplazamientos

Ubicación

Estribo Sur

Condición de

Desplazamientos

Deformación |rz|

carga

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

Servicio

± 0.06

8.76

Resistencia

± 0.06

10.97

± 0.4

7.47

Evento Extremo I


Tabla 3.64 selección de cargas y desplazamientos

Ubicación

Condición de

Desplazamientos

Deformación |rz|

carga

[ Metros ]

[ Rad x 10 ^3]

Servicio

± 0.06

8.76

Resistencia

± 0.06

10.97

± 0.4

7.47

Estribo Sur

Evento Extremo I



Elemento

Ubicación

Junta de

Estribo

Expansión

Norte


[ Rad x 10 ^3]

± 0.4

10.97


87

3.6.4 Resumen solicitaciones

A continuación, se dará un resumen de los resultados obtenidos. Se separarán por ubicación dentro del puente.

3.6.4.1 Estribo Norte

Tabla 3.66 resultados de cargas, desplazamientos y deformaciones en el Estribo Norte.

Elemento

Q mín.

Q máx.

Desplazamientos Deformación

[ kN ]

[ kN ]

[ Metros]

-7533

3056

± 1.01

0

2

-14751

14797

± 1.2

0

2

-12740

0

±1

0

2

-12943

9037

±1

0

2

0

0

±1

[ Rad x 10

Unidades

^3]

Apoyo vertical Link Shoe Amortiguador Apoyo transversal de viento Tope Extremo Junta de Expansión


88

38.81

1

3.6.4.2 Pila Norte

Tabla 3.67: resultados de cargas y desplazamientos en la Pila Norte

Elemento

Q mín.

Desplazamientos

[ kN ]

[ Metros ]

-25886

± 1.2

Unidades

Apoyo transversal de

2

viento


3.6.4.3 Pila Central

Tabla 3.68: resultados de cargas y desplazamientos en la Pila Central

Elemento

Q mín.

Desplazamientos

[ kN ]

[ Metros ]

-25443

± 1.52

Unidades

Apoyo transversal de viento


89

2

3.6.4.4 Pila Sur

Tabla 3.69: resultados de cargas y desplazamientos en la Pila Sur

Elemento

Q min

Q máx.


[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-7422

4252

± 1.57

0

2

-4248

779

± 0.4

10.4

6

-11378

0

± 1.57

0

2

-9915

0

±1

0

1

0

0

± 1.57

50.14

1

[ Rad x 10

Unidades

^3]

Apoyo vertical Link Shoe 7, 8 y 9 Apoyo transversal de viento Tope Extremo Junta de Expansión


90

3.6.4.5 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 8

Tabla 3.70: resultados de cargas y desplazamientos en las columnas del Puente de Aproximación – eje 8

Elemento

7, 8 y 9

Q min

Q máx.


[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-9193

844

± 0.278

[ Rad x 10

Unidades

^3] 9.43

5

Fuente: Autoría propia 3.6.4.6 Columnas del Puente de Aproximación – Eje 9

Tabla 3.71: resultados de cargas y desplazamientos en las columnas del Puente de Aproximación – eje 9

Elemento

7, 8 y 9

Q min

Q máx.


[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-9590

964

± 0.303


91

[ Rad x 10

Unidades

^3] 4.32

5

3.6.4.7 Estribo Sur

Tabla 3.72: resultados de cargas, deformaciones y desplazamientos en el Estribo Sur.

Elemento

7, 8 y 9 Junta de Expansión

Q min

Q máx.


[ kN ]

[ kN ]

[ Metros ]

-4410

771

± 0.411

10.97

6

0

0

± 0.4

10.97

1


92

[ Rad x 10

Unidades

^3]

Especificaciones técnicas para Juntas de expansión (MBJS) –

3.7

Requerimientos AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications y Código Europeo EN15129

A continuación, se detallarán distintos tipos de requerimientos para las jutas de expansión o MBJS, primero se definen todos los parámetros de la norma AASHTO LRFD Bridge Specifications y estas exigencias se van complementando con el código europeo EN 15129, el fin de esto es definir parámetros mínimos para las juntas que serán utilizadas, independiente del proveedor.

3.7.1 Requerimientos de materiales utilizados en la fabricación de las juntas

(Ref. Punto 14.5.1.4 - AASHTO LRFD Bridge Design Specifications) 

Los materiales deberán ser seleccionados con el fin de asegurar que son elásticamente, térmicamente y químicamente compatibles para ser usados bajo las condiciones esperadas del proyecto a fin.



Todos los materiales que no sean elastómeros, deben tener una vida útil por lo menos 75 años. Los elastómeros utilizados en las uniones de sello y en otras partes de la junta deberán proporcionar una vida útil de por lo menos 25 años.



Las juntas expuestas al tráfico deben tener un sistema de adherencia para evitar que las ruedas de los vehículos patinen sobre estas, además deberá ser resistente al desgaste vehicular.



Se deben preferir aquellos materiales que son menos sensibles a las condiciones medio ambientales y a las circunstancias variables de instalación, también se deberán preferir aquellos materiales que son reparables sin una mantención especializada.



Se debe considerar que las juntas deben contar con repuestos en el mercado durante la vida útil estimada en servicio.

93

El material elastómero utilizado en los MBJS debe ser: • Durable, de neopreno o caucho natural (material nuevo, sin haber sido reciclado o reutilizado) y reforzado con láminas de acero. • Vulcanizado. • Los elastómeros deben ser verificados por ensayos cíclicos de larga duración. • Deben ser conectados por adhesivos que se curan químicamente.

(Ref. Punto 19.3.2 - AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las juntas de expansión o MBJS deberán ajustarse a las siguientes especificaciones: • Los MBJS serán precalificados mediante el cumplimiento de todos los requisitos de ensayo que se especifican en el apéndice A19 de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specification, los ensayos están diseñados para permitir la aprobación de MBJS. • Los sellos elastoméricos de las juntas se deberán seguir los requerimientos de la normativa AASHTO M 297 (ASTM D3542). • Los sellos elastoméricos de las juntas del tipo tira se deberán ajustar a los requerimientos de la norma ASTM D5973. • Los sellos serán continuos y los empalmes no serán permitidos a menos que estén específicamente aprobados por el Ingeniero de proyecto y el fabricante. • El Lubricante-adhesivo para utilizar con los sellos elastoméricos, deberá ser conforme a la norma ASTM D4070. • La espuma de poliuretano deberá seguir los requerimientos de la normativa ASTM D3574. • Las láminas PTFE (politetrafluoroetileno) deberán estar fabricadas al 100 % de teflón nuevo (sin haber sido reciclado o reutilizado anteriormente), • Las láminas de acero inoxidable deberán estar fabricadas siguiendo la normativa a ASTM A240 / A240M, para el tipo 304. Se recomienda la norma ASTM A240 / 94

A240M, tipo 316 para un ambiente severo (dado que el medio ambiente donde se encuentra emplazado el proyecto califica como severo, se utilizará el tipo 316 para la fabricación de láminas de acero inoxidable) • Los componentes de acero y de hierro fabricados deberán ajustarse a los requisitos aplicables de la sección 11, "Estructuras de acero", de la norma AASHTO LRFD Bridge Construction Specification. Considerando la siguiente excepción: • La soldadura deberá seguir la normativa ANSI / AWS D1.1 / D1.1M Structural Welding Code— Steel.

3.7.2 Requerimientos para el diseño estructural de las juntas

(Ref. Punto 14.5.1.2 - AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Las juntas y sus soportes deberán estar diseñados para resistir los efectos de la fuerza para el estado límite de diseño apropiado.

Para la determinación de los efectos de fuerza y movimientos se deben considerar los siguientes factores: -

Se deben considerar las propiedades de los materiales como el coeficiente de expansión térmica, módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson.

-

Efectos de temperatura, arrastre y contracción

-

Tamaños de los componentes estructurales

-

Tolerancias de construcción

-

Métodos y secuencias de construcción

-

Curvatura y torsión

-

Resistencia de las juntas a los movimientos

-

Aumento de vegetación en el pavimento

-

Movimientos de la subestructura debido a la construcción de terraplenes

-

Movimientos en la fundación asociados con la consolidación del subsuelo

-

Restricciones estructurales

-

Respuestas estructurales estáticas y dinámicas y su interacción 95

3.7.2.1 Movimientos durante la construcción


Siempre que sea posible, se debe retrasar la colocación de las juntas en la obra para evitar los movimientos resultantes de la consolidación de la estructura en el suelo de fundación.

3.7.2.2 Movimientos de diseño


Una apertura en la superficie de calzada (W), en una junta transversal, medida en la dirección donde ocurre el máximo movimiento, se determina usando una combinación de carga de resistencia, deberá cumplir con: • Para una única apertura: W ≤ 4.0 pulgadas • Para múltiples aperturas: W ≤ 3.0 pulgadas

En el presente proyecto se considera una apertura en la superficie de calzada menor a 3 pulgadas, esto dado que la junta de expansión utilizada se compondrá de varias vigas que se desplazan y contraen, por lo que se consideran múltiples aperturas.

96

3.7.2.3 Protección


Las juntas en tableros de concreto deben ser blindadas con perfiles de acero, piezas soldadas o piezas fundidas. La armadura deberá ser empotrada debajo de la superficie de la calzada.

La protección debe consistir en: • Amortiguadores de concreto en fajas de 12 a 18 pulgadas, con amplias armaduras empotradas entre 0,25 a 0,375 pulgadas, entre la superficie de cada faja. • Las costillas de acero de la junta no pueden sobresalir más de 0,50 pulgadas, por encima de la superficie de la calzada. • Para posicionar la junta no solo se toma en cuenta la profundidad, también se considera la estanqueidad del agua

3.7.2.4 Armadura


El borde de la armadura de la junta debe estar incrustado en el concreto por lo menos 0,75 pulgadas.

Los agujeros de ventilación deberán estar espaciados, en no más de 18 pulgadas. Las superficies de metal más anchas que 12 pulgadas, están más expuestas al tráfico de vehículos y deberán estar provistas de un sistema antideslizante.

97

3.7.2.5 Anclaje (Ref. 14.5.3.6)


Las armaduras de anclaje o conectores de corte deberán ser proporcionados para asegurar el empotramiento de la junta en el concreto, además para prevenir la corrosión en la subsuperficie se deben sellar correctamente los límites entre la armadura y el concreto.

Los anclajes de la junta deberán estar directamente conectados a los soportes estructurales, en el caso de substratos de hormigón armado la junta deberá extenderse y participar de manera efectiva con el resto de la calzada.

Los bordes libres de la armadura de la calzada que se encuentren a más de 3 pulgadas de otros anclajes, deberán estar provistos en el final de la soldadura con barras de acero de 0,5 pulgadas de diámetro, las armaduras deberán estar espaciadas a no menos de 4 pulgadas y no más de 12 pulgadas.

3.7.2.6 Pernos (Ref. 14.5.3.7)


Los pernos de anclaje para placas de puente, el sellado y los anclajes de las juntas, deberán ser apretados completamente con pernos de alta resistencia. Las interrelaciones de los sustratos no metálicos en conexiones con pernos de alta resistencia deben ser evitado para este proyecto. La realización del anclaje in situ debe ser realizada usando concreto fresco. Los anclajes de expansión, pernos de anclaje envejecidos y anclajes que utilizan lechada de cemento no se utilizarán. Los anclajes que utilizan lechada pueden ser utilizados para la mantención de las juntas ya existentes, en un futuro cuando estas necesiten ser reparadas. 98

3.7.2.7 Requerimientos para diseño de estado límite de resistencia

(Ref. Punto 14.5.6.9.6 - AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Cuando se analizan los MBJS para determinar el estado límite de resistencia, las aberturas entre los centros de las vigas totalmente abiertas se asumen como 3 pulgadas.

Un diseño prescriptivo se encontró que cumple con los requisitos de estado límite de resistencia. Este diseño puede adoptarse sin presentar cálculos explícitos, consiste en dimensiones mínimas exigidas para estos dispositivos, se requiere que la viga de borde de acero tenga un espesor mínimo de 0,375 pulgadas (con rendimiento de 50 ksi). (Se establece como requisito mínimo, la junta no necesariamente debe presentar estas características, pero sí superiores). La membrana de anclaje soldada deberá tener un diámetro mínimo de 0,5 pulgadas y de largo 6 pulgadas, deberán estar espaciadas cada 12 pulgadas. la membrana de anclaje soldada deberá tener una profundidad de 3 pulgadas

3.7.2.8 Requerimientos de diseño para el estado límite de fatiga

(Ref. Punto 14.5.6.9.7 - AASHTO LRFD Bridge Design Specifications) Los miembros estructurales de los MBJS, incluyendo vigas de borde, barras de apoyo, anclajes, conexiones, empalmes soldados y atornillados, deberán cumplir para el estado límite de fatiga.

La resistencia para estado límite de fatiga en el aluminio es un tercio de la resistencia que tiene el acero (para el mismo estado límite de resistencia), por consiguiente, no se recomienda el uso de aluminio para ninguna parte del MBJS. Es recomendable que, para este proyecto, se exija en el contrato con el fabricante el no uso de aluminio.

99

Las conexiones soldadas entre los bordes de la viga y los soportes de las barras pueden ser categoría C, las soldaduras esquina (fillet welds) tienen muy poca resistencia a la fatiga por lo que no pueden ser usadas en este proyecto. Las conexiones atornilladas con pernos deben clasificar como categoría D.

El nivel de confiabilidad para estado límite de fatiga es de 97.5%, es decir solo se tiene un 2,5% de probabilidad de grietas por fatiga a lo largo de la vida útil del MBJS.

Los empalmes parcialmente penetrados tienen poca resistencia a la fatiga, por lo que no se pueden utilizar, solo se permiten los empalmes con penetración completa.

3.7.3 Requerimientos especiales especificados en el contrato para los MBJS


Se requiere una estrecha cooperación entre el diseñador, contratista, y el fabricante para asegurar una instalación de calidad.

Los diseñadores deben trabajar en conjunto con los fabricantes para detallar refuerzos bloqueo, reducir los problemas de colocación durante la construcción El documento de contrato deberá incluir lo siguiente:  Planos de por lo menos una sección transversal de cada MBJS utilizada, además se deberá incluir su capacidad de movimiento, las dimensiones totales y la información sobre los rangos de temperatura del puente (información entregada por CPC al fabricante).  Información sobre si las cajas de apoyo de las juntas son compatibles con la cubierta, se debe proporcionar un espacio de mínimo 2 pulgadas entre las superficies inferiores de las juntas y las cubiertas de bloque para permitir la colocación y consolidación del hormigón

100

 Se debe especificar por lo menos 6 pulgadas de espacio libre, entre las cajas de soporte y el contorno del bloqueo, para permitir la colocación del concreto alrededor de la MBJS.  El contratista (CPC) deberá presentar los detalles de los MBJS a ser utilizados y los planes de instalación e impermeabilización al Ingeniero para su aprobación antes de la fabricación.  Dentro de lo que debe presentar el fabricante se debe incluir, pero no limitar a lo siguiente: • Planos con vistas en planta, transversal y longitudinal de los MBJS, para cada habilitación de movimiento y ancho de la calzada, se deben mostrar las dimensiones y tolerancias. • Información donde se muestren todas las soldaduras y apernados de todos los soportes y empalmes. • Se deberá mostrar completo detalle de los componentes y las secciones de los MBJS. • Todos los materiales utilizados deben seguir la normativa ASTM, AASHTO. Se debe especificar si se utiliza alguna otra norma. • Especificar el sistema de protección contra la corrosión. • Detalle de los lugares y mecanismos de elevación que se presentarán como parte de un plan de instalación integral de los MBJS. • Se deben detallar los dispositivos de ajuste de temperatura y de variación de longitudes con respecto a la temperatura.

101

El contratista también deberá presentar los siguientes informes de ensayo y certificados para su revisión y aprobación: • Certificado de conformidad con el Programa de Certificación de Calidad de la normativa AISC, para puentes de acero simple. • Certificación que acredite que el personal de inspección de soldadura se encuentra calificado, los certificados como inspectores de la soldadura deben estar en norma con AWS QC1, Norma para Calificación y Certificación de Inspectores de soldadura. Además, debe presentar documentación de que el personal que realiza la evaluación no destructiva (NDE) cuenta con certificados por la ASNT. • Certificado de cumplimiento de para las láminas de PTFE. • Certificación de que los MBJS han pasado las pruebas requeridas de Precalificación en el artículo 19.3.2, mencionado en el presente documento. • En cada certificación de los apoyos utilizados se proporcionará el nombre y la dirección del fabricante. • Los cálculos de diseño deben ser firmados por un ingeniero profesional registrado, los cálculos de diseño deberán incluir un diseño de la fatiga y un diseño de factor de carga para todos los elementos estructurales, las conexiones y empalmes. • Se debe presentar un plan para la sustitución de las piezas sujetas a desgaste. El fabricante deberá someter a la aprobación del Ingeniero, un plan de mantenimiento y un listado de piezas de repuesto. Este plan incluirá las instrucciones para la inspección de mantenimiento, tolerancias aceptables de desgaste, los métodos para determinar el desgaste, y los procedimientos 102

para la sustitución de piezas. Es recomendable que el fabricante incluya y rango de tiempo en que asegure repuestos para los MBJS. • Método de la instalación debe incluir, pero no limitarse a: secuencia, el establecimiento de variaciones de temperaturas durante la instalación, soporte durante la colocación del hormigón y la instalación en márgenes. • Recomendaciones para el almacenamiento de los MBJS y detalles de los apoyos temporales para el envío. • Se deben incluir especificaciones del procedimiento de soldadura. • Se deben presentar los cambios necesarios para que requerirá el refuerzo de bloqueo de los MBJS. • Se deberá presentar un plan para un puente temporal, en caso que se deba reemplazar

completamente

los

MBJS,

para

no

tener

que

cortar

completamente el tránsito.

3.7.4 Mantención (Ref. 14.5.1.5)


Las juntas deberán diseñarse para operar con un mínimo de mantenimiento durante en tiempo de vida en servicio en el puente, su diseño debe permitir acceso a la junta por entre la superficie y debe proporcionar suficiente área para poder realizar mantención.

103

3.7.5

Fabricación


Las formas de las placas deberán tener un espesor suficiente para dar rigidez al montaje y minimizar la distorsión debido a la soldadura.

Para asegurar un apropiado ajuste de los MBJS y que cumplan las funciones requeridas, se debe exigir que: • Los componentes de la junta deben ser ensamblados por completo en el taller de fabricación, para realizar una inspección y posteriormente una aprobación. • Las juntas y sellos serán enviados al sitio de trabajo totalmente ensamblados. • El ensamble de las juntas en longitudes de hasta 60,0 pies deben ser suministrados sin empalmes intermedios. La rectitud de las juntas y el ajuste de los componentes deberá ser mejorado con la utilización de las barras y placas de 0,5 pulgadas de espesor o más.

3.7.5.1 Requerimientos de fabricación Sistema de juntas modulares para puentes (MBJS)


Los siguientes requisitos se aplican tanto a las soldaduras realizadas en el taller de fabricación, como a las soldaduras realizadas en el terreno donde se encuentra el proyecto.

No se permiten soldaduras tipo esquina (fillet welds) Se debe evitar realizar empalmes en el lugar del proyecto, se debe enviar la junta lista para la instalación como una unidad completa, los empalmes soldados no están permitidos si hay más de una viga de borde. Si los empalmes en el lugar del proyecto

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no se pueden evitar, se recomienda que estén ubicados lejos de los posibles lugares donde pasan las ruedas de los vehículos.

En el momento de soldar se debe tener cuidado para evitar que el metal de soldadura entre en las ranuras de los sellos de retención, ya que esto puede conducir a la falla de los sellos y fugas.

Cuando se haya completado la elaboración, el fabricante deberá realizar la inspección previa a la instalación descrita en el artículo 19.5.4.2 de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications, descrito en el presente informe.

3.7.5.2 Perfil de viga borde y anclaje.

(Ref. Punto 19.4.3.2 - AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las vigas de borde deben ser fabricadas en acero estructural, la sección transversal deberá ser de al menos 0,375 pulgadas de espesor. La sección transversal que se utilice en la fabricación, debe ser la misma que la que se utilice para la prueba de precalificación.

El anclaje deberá estar diseñado de conformidad con el artículo 14.5.6.9, de las especificaciones AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.

3.7.5.3 Viga centro y barra de apoyo.


La viga centro, barras de apoyo y los detalles de conexión serán del mismo tipo que las que se utilizarán en los ensayos de aceptación preliminar. Los mejores resultados se han obtenido con las barras de acero macizo.

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Existen técnicas para evitar el aflojamiento de los tornillos consiste en incluir el uso de adhesivos, soldaduras en la superficie exterior de la tuerca o erosión de los hilos.

3.7.5.4 Cajas de apoyo


Las cajas de apoyo deberán ser fabricadas de placas o tubos de acero de al menos 0,375 pulgadas de espesor y además deberán ser soldadas de forma continua. Si las cajas de apoyo son de más de 16,0 pulgadas de espesor, el grosor de la placa superior aumentará de manera tal, que la relación de anchura - espesor no exceda de 45.

Si la caja de apoyo está fabricada por tubos anidados, el diámetro o la relación entre anchura y espesor de cada tubo no debe exceder de 45.

3.7.5.5 Superficie de deslizamiento PTFE


Las láminas PTFE se unen bajo condiciones controladas y de acuerdo con las instrucciones del fabricante, después de la terminación de la operación de unión, la superficie de PTFE deberá ser lisa y libre de burbujas o cualquier tipo de desperfecto.

3.7.5.6 Superficie de deslizamiento de acero inoxidable para los MBJS


El acero inoxidable utilizado en los MBJS deberá ser pulido a 8,0 micropulgadas. (pulido con grano ultra fino). 106

3.7.5.7 Protección contra la corrosión


Todas las superficies de acero, excepto las superficies de acero inoxidable o las superficies que van a unirse con las láminas PTFE, deberán estar protegidas contra la corrosión. Los componentes metálicos de los MBJS tales como tornillos, placas de deslizamiento de acero inoxidable y anclajes, fallan debido a la corrosión, es por eso que deben ser protegidos.

La acumulación de residuos húmedos en los recovecos de los MBJS, es una causa de la corrosión severa.

3.7.6

Envío y manipulación (embalaje, manejo y almacenamiento)

(Ref. Punto 19.5.4.1- AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los MBJS serán entregados en el sitio de trabajo y almacenados de acuerdo con las recomendaciones descritas por el fabricante, previamente aprobadas por un Ingeniero.

Antes del envío desde el punto de fabricación los MBJS deberán envasarse de tal manera de asegurar que durante el transporte y el almacenamiento estarán protegidos contra daños provocados por la manipulación, el clima o cualquier otro peligro. Cada paquete se marcará claramente con el número de identificación, la capacidad nominal, el nombre del fabricante y la identificación del proyecto.

Todos los MBJS se deberán almacenar en el lugar de trabajo donde se encuentren protegidos contra daño ambiental y físico. Se deben almacenar en una bodega o galpón hasta su instalación.

107

Cuando se instalen los MBJS, estos deben estar limpios y libres de todas las sustancias exteriores. El desmantelamiento en el sitio no se hará a menos que sea absolutamente necesario para la inspección o instalación de los mismos, el desembalado solo se realizará bajo la supervisión directa y con la aprobación del fabricante.

El fabricante deberá realizar una capacitación al equipo de trabajo, encargado de la inspección e instalación de los MBJS.

Los sellos no deberán ser dañados o cortados durante el traslado.

Los daños en el sistema de protección contra la corrosión, serán reparados bajo aprobación del ingeniero. Se le debe proporcionar un sistema de protección contra la corrosión óptimo para este proyecto, donde se considere los años de vida útil en servicio de los MBJS.

3.7.7 Consideraciones para las juntas

3.7.7.1 Impermeabilización de las juntas (Ref. 14.5.6.3 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

El sistema de impermeabilización para juntas, incluyendo canaletas y colectores, deben ser diseñados para recoger, conducir y descargar el agua hacia afuera de la estructura.

En el diseño de los canales de drenaje, debe considerarse la posibilidad de utilizar: • Canaletas de no menos de 1,0 pulgada de ancho. • Canaletas de inicio a fin o canaletas con grandes aberturas de descarga de composición abierta. • Canaletas prefabricadas. 108

• Canaletas compuestas de elastómeros reforzados, acero inoxidable u otro metal con recubrimientos duraderos. • Sujetadores (aseguradores) de acero inoxidable. • Canaletas que son sustituibles desde la parte de debajo de la junta • Canaletas que se puedan nivelar a partir de la superficie de la calzada • Se deben tener soldaduras de metal en las juntas y en los empalmes elastómeros vulcanizados. Para este proyecto se debe considerar el uso de canaletas fabricadas principalmente a partir de acero inoxidable, esto por el medio ambiente agresivo donde se encuentra emplazado el proyecto.

3.7.7.2 Sellado de las juntas (Ref. 14.5.6.4 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Los sellos deberán acomodar todos los movimientos de las juntas anticipadamente.

En la elección del tipo de sello, debe considerarse que los sellos: • Sean preformados o prefabricados. • Deben poder ser reemplazados sin modificación importante de la junta. • No soportan la carga vehicular de las ruedas. • Deben ser colocados en una en una sola pieza. • Tienen que estar empotrados debajo de la superficie de armadura de la junta. • Tienen que estar anclados mecánicamente. • Deben responder a los cambios en el ancho de la junta sin resistencia sustancial.

El material elastómero utilizado en los MBJS debe ser: • Durable, el material neopreno o caucho utilizado debe ser de material nuevo (sin haber sido reutilizado o reciclado anteriormente), se debe reforzar con acero laminado. 109

• Vulcanizado. • Se debe verificar con los ensayos de ciclos a largo plazo. • Se debe conectar mediante adhesivos que tengan un proceso de curado químico.

3.7.7.3 Requisitos de desempeño para los Sistemas de juntas modulares para puentes (MBJS) (Ref 14.5.6.9.2) (Ref. 14.5.6.9.2 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Las capacidades mínimas requeridas de movimiento para los 6 grados de libertad posibles de los MBJS están dadas en la siguiente tabla:

Tabla 3.73– Capacidad mínima de movimientos para MBJS

Fuente: AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

Es claro que, debido a las grandes solicitaciones, desplazamientos y deformaciones a las que están sometidos estos elementos, los MBJS utilizados en el proyecto superaran los requisitos de desempeño mencionados.

Los MBJS deben ser diseñados y detallados para minimizar el ruido o vibraciones excesivas durante el paso de tráfico vehicular.

110

3.7.8 Instalación

3.7.8.1 Preinstalación de Inspección (Ref. Punto 19.5.4.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Inmediatamente antes de la instalación, los MBJS deberán ser inspeccionados por los ingenieros de CPC, MOP y AIF, para verificar: • Una alineación apropiada. • Las uniones entre los sellos y el acero. • La colocación de los dispositivos de anclaje. • La colocación correcta de las membranas impermeabilizantes, en caso que se utilicen. • El espacio libre de 3 pulgadas especificado entre las cajas de apoyo y la superficie de bloqueo debe ser verificada. • El Ingeniero deberá verificar que la malla de refuerzo tenga espaciamiento de al menos 2 pulgadas para no impedir el flujo de hormigón en los MBJS. • No se deben permitir curvas o torceduras en el acero de los MBJS, cualquier MBJS que presente curvas o dobleces deben ser reparado según lo especifique el fabricante. • Los anclajes de hormigón deberán ser inspeccionados visualmente y se les proporcionará un ligero golpe con un martillo para verificar su integridad, cualquier anclaje de hormigón que no emita un sonido de timbre cuando se golpea con el martillo, deberá ser sustituido. • Todo reemplazo de anclaje será a expensas del contratista (CPC). • Se deben proporcionar envolturas o cubiertas a las cajas de apoyo de los MBJS, con el fin de impedir el ingreso de desechos o animales, las envolturas o cubiertas deben ser fáciles de quitar para futuras inspecciones. • Antes de la instalación de los MBJS, los sistemas de bloqueo y soporte deberán estar protegidos del daño del tráfico vehicular y del proceso de construcción.

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3.7.8.2 Ajuste (Ref. Punto 14.5.5.1 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Para realizar el ajuste de los MBJS se deberá tomar la temperatura ambiente del puente, la cual se considerará como la temperatura real del aire, para esto se realizará un promedio durante un período de 24 horas. En el diseño de juntas en estructuras largas, se debe dar preferencia a aquellos dispositivos que permitan el ajuste completo de los detalles y procedimientos en el menor tiempo posible. Las conexiones de soportes de juntas a los miembros primarios deben permitir ajustes horizontales, verticales y de rotación.

3.7.8.3 Soportes temporales (Ref. Punto 14.5.5.2 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

La cubierta deberá estar provista de dispositivos temporales para apoyar los componentes de la junta en la posición correcta, estos soportes deberán proporcionar el ajuste para las variaciones en las temperaturas de instalación.

Las fijaciones temporales deben estar liberadas para desplazarse en cualquier dirección y evitar daños o atascamientos debido al movimiento de las superestructuras, que responden a los cambios bruscos de temperatura.

Se debe asegurar la eliminación de los soportes temporales tan pronto como sea posible, una vez finalizada la colocación de la junta en el concreto.

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3.7.8.4 Empalme (Ref. Punto 14.5.5.3 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Se debe evitar a toda costa el uso de empalmes, pero en caso que tengan que ser usados, el diseño de las juntas debe incluir detalles de los empalmes especificados para la construcción. Para juntas de más de 60,0 pies (siempre que sea posible) los empalmes deben ubicarse fuera de los caminos transitables (por donde pasan los vehículos) y fuera de las áreas de desagüe o alcantarillas.

Se debe exigir que los sellos permanentes no puedan ser colocados hasta que se haya completado la instalación de la junta. Se deben utilizar sólo aquellos sellos que se puedan instalar en una pieza continua. Cuando el empalme en el lugar de construcción es inevitable, éstos deben ser vulcanizados.

3.7.8.5 Sellos

(Ref. 19.4.3.4– AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los sellos deberán ser instalados por el fabricante antes de su envío, a menos que se utilicen empalmes y estos tengan que realizarse en el lugar del proyecto. Los sellos instalados en el lugar del proyecto no tienen buen rendimiento y tienden a desprenderse, por eso se deben evitar, por ello es necesario evitar empalme en el lugar de proyecto, la historia demuestra que no tienen un buen rendimiento. De ser necesarios los empalmes en el lugar del proyecto, se instalará la junta completa y los sellos deben ser instalados en el campo en una sola pieza continua.

El mismo lubricante-adhesivo que se utilice en las pruebas de precalificación se utilizará para la instalación de los sellos. Los sellos deben extenderse hacia fuera de los extremos de las vigas de borde y las vigas de centro por lo menos 2,0 pulgadas. 113

El movimiento del sellado de las juntas por lo general tiene un alcance máximo de 3.0 a 5.0 pulgadas.

La apertura máxima para los sellos utilizados en los MBJS, deberá tener relación con los resultados de los ensayos de aceptación preliminar requeridos en el artículo 19.3.2, de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications.

Un problema común en los sellos de los MBJS es que se llenan de basuras, el tráfico que pasa a través de la articulación lleva estos desechos hasta las ranuras de la junta, se ha observado que estos desechos causan mucho daño ya que, reducen el rango de movimiento eficaz, cuando los MBJS se expanden los residuos atrapados en las ranuras se compactan y pueden causar tensiones adicionales, lo que provoca daños la articulación y la estructura. Se deben utilizar MBJS que sean muy poco susceptibles a los desechos y a los daños causados por estos. Los fabricantes deberán implementar sistemas autolimpiables para los MBJS.

3.7.8.6 Armazón (Ref. Punto 19.5.4.3.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El contratista deberá garantizar que el armazón excluye la entrada de hormigón en las cajas de apoyo, también deberá garantizar el libre movimiento de los MBJS.

3.7.8.7 Soporte de los MBJS durante la colocación del concreto (Ref. Punto 19.5.4.3.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las soldaduras de los anclajes temporales utilizados para el transporte, deben ser removidas y la superficie debe estar lisa. Para reducir la corrosión, del MBJS debe ser eléctricamente aislado. 114

3.7.8.8 Colocación del hormigón (Ref. Punto 19.5.4.3.4 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El hormigón debe ser controlado, mezclado y manejado como se especifica en la Sección 8, "Estructuras de Hormigón", de la normativa AASHTO LRFD Bidge Construction Specifications.

El concreto no será depositado, hasta que el ingeniero haya inspeccionado y aprobado la colocación de la armadura, conductos, anclajes y el acero de pretensado. El hormigón debe ser vibrado a fondo a fin de consolidar adecuadamente el hormigón por debajo de las cajas de apoyo y vigas de borde. Se debe tener cuidado para evitar el desplazamiento del acero de refuerzo. El hormigón no debe colocarse cuando hace mucho frío o durante las lluvias fuertes

3.7.8.9 Tolerancias para los MBJS terminados (Ref. Punto 19.5.4.3.5 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los MBJS deberán ser inspeccionados después de la instalación y después de al menos 1 año de tráfico de carga (o más si hay un período de garantía) para verificar lo siguiente: • Las superficies de cubierta de los MBJS deberán estar empotrados desde el final del perfil de la calzada, de 0 a 0,25 pulgadas. • No debe haber más de 0,125 pulgadas de diferencia entre la altura de la parte superior de cualquier viga centro o viga borde. Esta variación se medirá verticalmente desde una línea recta que conecta la parte superior del perfil de cubierta en cada lado de los MBJS. • No deberán haber más de 0,5 pulgadas de diferencia entre los anchos de brecha en cada extremo de un sello o entre los múltiples huecos de MBJS.

115

3.7.8.10

MBJS en el puente después de la instalación

(Ref. Punto 19.5.4.3.6 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las cargas de construcción no serán permitidas en los MBJS durante al menos 72 horas después de que se complete la instalación.

Si es necesario cruzar los MBJS, el contratista (CPC) deberá proporcionar una forma adecuada.

Los movimientos en los MBJS antes de completar el curado del hormigón pueden causar grietas o aberturas entre las vigas borde o en el anclaje. Estas deficiencias pueden provocar movimientos excesivos debidos a las cargas de tráfico, por lo que se tiene un rápido deterioro asociado.

3.7.8.11

Eliminación de los residuos


Todos los desechos deberán ser retirados después de la instalación, los desechos tienden a interferir con la acción libre de los MBJS, también pueden interferir con la inspección.

3.7.8.12

Prueba de estanquidad


Si se especifica en el contrato, se debe llevar a cabo la prueba de estanqueidad, cuando se realice el contrato con el fabricante se debe incluir esta prueba.

116

Después de que los MBJS han sido instalados y terminados, se inundan durante un mínimo de 1 hora a una profundidad mínima de 3,0 pulgadas. Si se observa fuga, los MJBS deberán ser reparados según especificaciones del Ingeniero (fabricante) y el nuevo ensayo deberá realizarse a costa del contratista. El procedimiento de reparación será recomendado por el fabricante y aprobado por los ingenieros de CPC, MOP y AIF.

3.7.8.12.1

Aceptación del ensayo de estanqueidad

(Ref. Punto 19.5.4.3.9 – AASHTO LRDF Bridge Construction Specifications)

Un MBJS que no pasa la inspección o ensayo será reemplazado o reparado a satisfacción del Ingeniero (fabricante), a expensas del contratista (CPC). Cualquier procedimiento de reemplazo o reparación será presentado al Ingeniero para su aprobación antes de comenzar el trabajo.

3.7.9 Ensayos

A continuación, se describirán de forma breve los ensayos exigidos por la normativa AASHTO LRDF Bridge Construction Specifications (Ref. Appendix A19 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

3.7.9.1 Ensayo de movimiento de apertura y vibración (OMV)

Se recomienda proporcionar a los accesorios una pendiente 1:10, es decir, 5,7 grados, para facilitar el movimiento de los resortes y los apoyos.

Se aplicará un desplazamiento a una barra que está unida al centro horizontal de la viga de borde, la barra unida a la viga borde deberá ser capaz de soportar todos los

117

desplazamientos y cargas aplicadas, además debe transferir los desplazamientos y cargas al MBJS que será ensayado.

Se aplicarán 27.400 ciclos de movimiento, correspondientes a los ciclos esperados durante los 75 años de vida del MBJS, el ensayo tiene una duración aproximada de 76 horas. Se utilizará un vibrador para aplicar cargas de tráfico simuladas, el vibrador deberá producir una amplitud de fuerza de al menos 22 kN (5,0 kip) a una frecuencia de entre 70 y 100 Hz (rango de fuerza total de al menos 44 kN (10,0 kip). Cualquier vibrador adecuado puede ser utilizado, sin embargo, un vibrador neumático VIBCO SVRLS 8000 de alta frecuencia, cumple con los requisitos la amplitud de fuerza requerida.

Si durante el ensayo cualquiera de los componentes reduce su capacidad de carga o no permite el correcto funcionamiento del MBJS, entonces la prueba se considera un fracaso.

3.7.9.2 Ensayo de expulsión del sello

Se debe aplicar una carga perpendicular a la viga centro, a una velocidad de 10 mm/s, se abrirán los sellos a 75 ± 10 mm, durante el ensayo se debe llegar hasta una carga mínima de 6000 Newton (1350 lb). El ensayo se debe realizar en 5 pruebas consecutivas, si en más de 1 prueba durante el ensayo el MBJS no es capaz de llegar a esta carga (6000 N), se considera rechazado.

Al igual que en el ensayo anterior, los desplazamientos y fuerzas son aplicados mediante una barra que transmite todos los esfuerzos al MBJS.

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3.7.9.3 Ensayo de fatiga

Estos ensayos se realizan principalmente para establecer la resistencia de los componentes de los MBJS (viga borde y centro, soportes de conexión, empalmes, entre otros). Se establece que el empalme no debe ser diseñado de forma explícita para la fatiga.

Se deben seguir lo especificado en los puntos 5.3.4.2, 5.3.4.3, 5.3.4.4 y 5.3.4.5 del apéndice A19 de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications. Aquí se mencionan 4 ensayos que deben ser realizados para cumplir con el control de calidad de los MBJS, además de estos 4 ensayos, se deben realizar los 2 ya mencionados.

3.7.9.4 Ensayos establecidos en el Código Europeo EN 15129 (Ref. Punto 6.4.4 – Código Europeo EN 15129)

Es importante mencionar los requerimientos de ensayos del código europeo EN 15129, respecto a los ensayos que se realizan a las juntas, ya que este código considera la realización de ensayos con muestras a escala, la normativa AASHTO LRFD Bridge Specifications no hace referencia a esto.

Este código establece que, si las capacidades del dispositivo superan el rango de capacidad de ejecución de ensayo de las instalaciones existentes, se pueden realizar en ensayos en muestras a escala reducida, cuya proporción debe ser menor de 0,5 y debe cumplir las condiciones de similitud mecánicas, materialidad, etc.

Las muestras deberán ser cargadas con el fin de producir las mismas tensiones y deformaciones como las experimentadas durante la respuesta del dispositivo para el sismo de diseño.

119

Si el fabricante por algún motivo no pudiera realizar los ensayos en dispositivos a escala real y tuviera que realizarlos en elementos a escala reducida, deberá realizar los ensayos que rige el presente código. 

Ensayo evaluación del ciclo de fuerza – desplazamiento:

El aumento de los ciclos de amplitud se impondrá, en 25%, 50% y 100% del desplazamiento máximo, que deberá ser al menos igual a ± 𝑑𝑏𝑑 , se deben aplicar cinco ciclos para cada amplitud intermedia y al menos diez ciclos de la amplitud máxima. El dispositivo no deberá romperse y deberá mantener sus características sin cambios durante la prueba, en caso que presente algún tipo de falla se deberá rechazar todo el lote. Donde: 𝑑𝑏𝑑 : Desplazamiento de diseño 

Ensayo de desnivel para la evaluación estática de la falla de desplazamiento:

Se deben realizar 10 ciclos de deformaciones no menores a 𝑑𝑏𝑑 se aplicarán a baja velocidad, a una fuerza 𝑉𝐸𝑏𝑑 que se multiplica por Ɣ𝑏 (Ɣ𝑏 = 1) Donde: 𝑉𝐸𝑏𝑑 : Fuerza correspondiente a 𝑑𝑏𝑑 Ɣ𝑏 : 1

120

3.8

Especificaciones técnicas para Amortiguadores (STU) -Requerimientos AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications y Código Europeo EN15129

A continuación, se detallarán distintos tipos de requerimientos para los amortiguadores, primero se definen todos los parámetros de la norma AASHTO LRFD Bridge Specifications y estas exigencias se van complementando con el código europeo EN 15129, el fin de esto es definir parámetros mínimos para los amortiguadores que serán utilizados, independiente del proveedor.

3.8.1

Requerimientos de materiales

3.8.1.1 Acero (Ref. Punto 32.3.1 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications) • El acero utilizado en los sistemas de fijación del amortiguador debe reunir los requerimientos de la normativa AASHTO 270M/M270, para el acero grado 50 (grado 345). • Todos los otros componentes de metal del amortiguador (excepto el pistón) deben cumplir con los requerimientos de SAE 1026. • Los pernos deberán cumplir con los requerimientos de la normativa AASHTO M 164 (ASTM A325), para el tipo 1. • El sistema de protección contra la corrosión para los amortiguadores, debe ser el mismo que se utilice en el puente, se prefiere usar acero sin recubrimiento para reducir los requerimientos de mantenimiento, pero se debe usar galvanizado. • Si se requiere una prueba de durabilidad específica como condición de aceptación, los requisitos deberán estar especificados por el diseñador (CPC) como parte del contrato.

121

3.8.1.2 Pistón (Ref. Punto 32.3.1 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications) • El pistón deberá reunir los requerimientos de la normativa ASTM A240/A240 M, para el acero inoxidable tipo 304L. • La cobertura que protege al pistón deberá estar fabricada de un material de neopreno reforzado durable. • Entre el pistón de acero inoxidable y la cubierta de neopreno se debe incluir de lubricante que proteja al pistón. Es la responsabilidad del diseñador (CPC) determinar si esta protección (lubricante y neopreno) es la correcta para las condiciones de exposición esperados durante la vida útil del amortiguador. Si se requiere protección adicional, se hará notar en las disposiciones especiales del proyecto (Ref. Punto 5.3.2.3 – Código Europeo EN 15129)

La normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications no entrega mayores especificaciones respecto al pistón, por lo que se determina por el código europeo EN 15129.

La superficie de la barra del pistón (recubrimiento o enchapado) deberá estar fabricado de acero inoxidable o níquel y/o cromo de alta dureza. En caso de utilizar acero inoxidable deberá estar regido por la norma EN 10088, si se utiliza cromo deberá cumplir con los requisitos establecidos en la norma EN ISO 6158, si se utiliza níquel para el recubrimiento deberá cumplir con los requisitos de la norma ISO 4526.

El espesor total mínimo del recubrimiento duro deberá ser de 70 µm, a menos que el material de sustrato se encuentre fabricado de acero inoxidable, en este caso el espesor mínimo de recubrimiento se puede reducir a 40 µm. El recubrimiento debe estar libre de grietas y poros. La rugosidad de la superficie metálica final 𝑅𝑍 no será 122

superior a 3 µm según la norma EN ISO 4287, el material de base y recubrimiento duro pueden ser pulidos para lograr lo especificado.

3.8.1.3 Fluido interno (Ref. Punto 32.3.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications) • El fabricante determinará el fluido utilizado en el interior del amortiguador para proporcionar la capacidad de resistencia a los golpes. • El fluido utilizado en el amortiguador deberá ser aprobado por la normativa OSHA, el líquido deberá ser a base de silicona o masilla. • El proveedor deberá presentar una certificación de que el material utilizado en cada unidad del amortiguador es el mismo que el utilizado en los ensayos.

Además, el código europeo EN 15129 plantea que: • El fluido viscoso al interior del amortiguador no deberá ser toxico, ni inflamable y deberá ser químicamente inerte. • Los fluidos a base de hidrocarburos no deberán ser usados.

3.8.2 Consideraciones en el contrato

El contratista, en este caso CPC, MOP y AIF, deberá entregar al fabricante los planos de trabajo y detalles externos de los amortiguadores, como por ejemplo dimensiones de los STU. Dentro de lo que CPC, MOP y AIF deben entregar como información previa al fabricante, se encuentra: 

Número total de amortiguadores (2 unidades).



Datos de peso (masa) estimados de cada amortiguador.

123



Temperaturas máximas y mínimas de diseño, especificadas para los STU.



Fuerza y velocidad máxima de arrastre, causada por variaciones de temperatura.



Capacidad de movimiento total de los amortiguadores.



Capacidad de carga nominal máxima para cada amortiguador



Deformación máxima prevista para cada ciclo del amortiguador, bajo cargas dinámicas.



Tipo de material que utilizará y sistemas de anclaje.



Pinturas o revestimientos que se deban aplicar.



Niveles de tolerancia para instalar los STU.



Esquemas de instalación.



Cálculos de diseño en conformidad con los requisitos de carga.



Nombre del representante que será responsable de la coordinación, producción, inspección, además deberá estar presente durante la realización de los ensayos.

3.8.3 Envío y manipulación (embalaje, manejo y almacenamiento) (Ref. Punto 32.3.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Antes del envío desde el punto de fabricación los amortiguadores deberán envasarse de tal manera de asegurar que durante el transporte y el almacenamiento estarán protegidos contra daños provocados por la manipulación, el clima o cualquier otro peligro. Cada paquete se marcará claramente con el número de identificación del amortiguador, la capacidad nominal, el nombre del fabricante y la identificación de proyectos.

Todos los amortiguadores se deberán almacenar en el lugar de trabajo donde se encuentren protegidos contra daño ambiental y físico.

124

Cuando se instalen los amortiguadores y sus equipos, deben estar limpios y libres de todas las sustancias exteriores. El desmantelamiento de los amortiguadores en el sitio no se hará a menos que sea absolutamente necesario para la inspección o instalación de los mismos, el desembalado solo se realizará bajo la supervisión directa y con la aprobación del fabricante.

El proveedor deberá realizar una capacitación al equipo de trabajo, encargado de la inspección e instalación de los amortiguadores.

3.8.4

Fabricación

(Ref. Punto 32.3.4 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El fabricante deberá certificar que cada amortiguador cumple los requisitos de condiciones y especificaciones, establecidos en el contrato. Durante la fabricación cada amortiguador debe ser estampado (en el mismo aparato) con del número de identificación, la capacidad nominal, el nombre del fabricante y la identificación del proyecto.

Los amortiguadores y sus sistemas deberán ser pre-montados en la fábrica por el proveedor, en presencia de un representante del proyecto (CPC, MOP y AIF), así se comprueba la integridad, tolerancias, y la geometría antes de enviar los dispositivos al sitio.

3.8.4.1 Conexión de sistemas (Ref. Punto 32.3.4.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los sistemas usados para conectar los amortiguadores a la subestructura y / o superestructuras deberán ser fabricados de conformidad con la Sección 11,

125

"Estructuras de Acero" de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications

3.8.4.2 Tolerancias de conexión (Ref. Punto 32.3.4.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las diferencias entre los diámetros del pasador y el agujero deberán ser menores a 0,01 pulgadas.

3.8.5

Ensayos y aprobación de los ensayos

(Ref. Punto 32.4 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Todos los amortiguadores deberán ser probados para verificar sus propiedades de rendimiento y diseño, ya sea que estén sometidos a movimiento lento, movimiento rápido o a una carga cíclica. En general, hay tres tipos de pruebas a realizar en los amortiguadores Los requisitos de las pruebas y la vida útil del dispositivo deben ser elegidos por el diseñador (los parámetros de los ensayos son definidos por MOP, AIF y CPC) y pueden ser de 25 a 75 años, dependiendo de esto, el contrato puede quedar sujeto a mantenimientos que se deben realizar por parte del propietario, que en este caso sería el MOP. • Prueba de precalificación (ensayos de caracterización del sistema) • Pruebas de prototipo • Pruebas de control de calidad

Será decisión del MOP elegir un proveedor de estos elementos sísmicos, si bien hay proveedores que realizan todas las pruebas prototipo, otros fabricantes solo realizan las 3 pruebas exigidas por el control de calidad, en cualquiera de los 2 126

casos se cumple con la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications.

3.8.5.1 Pruebas de precalificación (Ref. Punto 32.4.1 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las propiedades fundamentales y de rendimiento de los amortiguadores serán verificados por ensayos, antes de que sean adaptados para su uso. Estos ensayos incluyen pruebas de componentes de las unidades individuales, unidades ensambladas y del dispositivo a escala completa.

Como requisito mínimo, estas pruebas de precalificación se llevarán a cabo de acuerdo con los criterios de los ensayos desarrolladas por el Highway Innovative Technology Center (HITEC). Estas pruebas de precalificación por lo general se llevan a cabo para establecer las propiedades de la unidad cuando se está desarrollando un nuevo dispositivo o bien se está evaluando una versión sustancialmente diferente de una unidad ya existente. Si los apoyos son dispositivos nuevos en el mercado, se deben exigir las pruebas de precalificación en el contrato con el fabricante.

3.8.5.2 Pruebas prototipo (Ref. Punto 32.4.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

La resistencia y capacidad de los amortiguadores deberán ser verificados por distintos tipos de ensayos, los cuales deberán realizarse en un laboratorio de pruebas aprobado y certificado. Todos los ensayos deberán realizarse en presencia del Ingeniero del proyecto (CPC, MOP y AIF).

127

Los ensayos pueden llevarse a cabo a temperatura ambiente y se debe ensayar como mínimo 1 dispositivo por lote.

3.8.5.2.1 Ensayo de presión hidrostática

(Ref. Punto 32.4.2.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El amortiguador debe ser probado por al menos 3 minutos al 150% de la presión interna máxima calculada, para verificar la integridad estructural al límite de la alta presión.

Para que el dispositivo sea aceptable no debe presentar ningún signo de fuga mientras es sometido a presión, la presión hidrostática no deberá descender en más de un 5% durante todo el ensayo.

3.8.5.2.2 Ensayo de movimiento lento (prueba térmica)


El amortiguador se someterá a 3 ciclos completos y continuos a una baja velocidad y una deformación de temperatura, ambos datos deben ser entregados por el ingeniero. Este ensayo sirve para verificar el funcionamiento y el desplazamiento de la unidad, se debe registrar continuamente la carga y la deformación.

Para que el dispositivo sea aceptable no debe presentar ningún signo de fugas ni señales de cambio estructural durante el ensayo, el amortiguador no debe bloquearse durante el ensayo.

128

La fuerza necesaria para realizar el ensayo no deberá exceder el diez por ciento de la fuerza nominal o lo especificado por el Ingeniero. La fuerza nominal para el amortiguador se define como 𝑃𝑅 .

3.8.5.2.3 Ensayo de movimiento rápido


El amortiguador deberá ser sometido a una fuerza nominal completa, a una velocidad rápida, datos especificados por el ingeniero (CPC). El amortiguador se someterá a ensayo de compresión y tensión, se debe registrar continuamente la carga y la deformación.

Para que el dispositivo sea aceptable no debe mostrar evidencia de fuga. La desviación de inmovilización se tomará como la deflexión en que se consigue una rigidez constante. La desviación desde el punto de bloqueo hasta la carga de prueba máxima no deberá exceder de 0,5 pulgadas.

La rigidez de cada amortiguador en todo el rango de fuerza de bloqueo hasta la carga de prueba máxima no deberá variar en más de un diez por ciento.

3.8.5.2.4 Ensayo dinámico simulado


El amortiguador se someterá a ensayo para determinar la capacidad de inmovilización durante las cargas dinámicas.

Cada unidad tendrá una fuerza de tensión aplicada en menos de 0,5 segundo, esta fuerza se mantendrá durante el periodo de 5 segundos, al final de los 5 segundos 129

de carga de tensión, la unidad se pone en compresión dentro de un periodo de 1 segundo, la fuerza de compresión se mantendrá durante 5 segundos. Se debe registrar continuamente la carga y la deformación.

Para que el dispositivo sea aceptable no debe mostrar evidencia de fuga, la desviación entre el punto de carga cero y el punto de carga máxima no deberá exceder de 0,5 pulgadas, el mismo criterio se aplica para la deflexión durante la aplicación de la carga

3.8.5.2.5 Ensayo de Sobrecarga


El propósito de esta prueba es asegurar que el amortiguador se desempeñará correctamente cuando este expuesto a sobrecargas.

El amortiguador será cargado a 1,5 veces la fuerza nominal, la carga será aplicada lo suficientemente rápido como para que la unidad se bloquee, a continuación, se mantendrá la carga durante 30 segundos.

Para que el dispositivo sea aceptable no debe mostrar evidencia de fuga

3.8.5.2.6 Ensayo de carga de fatiga


El propósito de este ensayo es determinar si el amortiguador puede soportar la mayor cantidad de ciclos de carga como podría ocurrir con acciones de frenado máximo de un vehículo. El amortiguador se someterá a 100.000 ciclos completos y

130

continuos a una velocidad (frecuencia) especificado por el Ingeniero y una carga igual a la fuerza nominal (𝑃𝑅 ) del amortiguador. Para que el dispositivo sea aceptable no debe mostrar evidencia de fuga.

El peor de los casos para la carga de servicio del amortiguador, es una aplicación de cargas de frenado igual a la carga de bloqueo en un rango de cuatro veces al día, la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications especifica una vida útil de 75 años, lo que se traduce en 4 ciclos por día por 365 días por año por 75 años de vida útil, esto es aproximadamente equivalente a 100.000 ciclos de carga.

3.8.5.3 Pruebas de control de calidad (Ref. Punto 32.4.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Para comprobar el rendimiento y la calidad de los dispositivos la normativa AASHTO LRFD exige realizar solo 3 ensayos de los antes mencionados, ensayo de movimiento lento (prueba térmica), ensayo de movimiento rápido y el ensayo de presión hidrostática

3.8.6

Instalación


El fabricante deberá proporcionar un manual de instalación que incluya instrucciones específicas para asegurar los procedimientos de instalación adecuados para los amortiguadores, dentro del manual se debe incluir lo siguiente: • Nombre del fabricante que proporcionará asistencia y asesoramiento durante la instalación del amortiguador.

131

• Dimensiones de alineación, temperatura de la instalación y la longitud ideal para la instalación del dispositivo. • Detalles de cualquier equipo requerido para la instalación, y el procedimiento completo, incluyendo las tolerancias de instalación, así como instrucciones sobre su uso. • Planos de los amortiguadores y las conexiones a los componentes al puente, incluyendo tolerancias de los componentes críticos y los detalles de la conexión. • Los requisitos de almacenamiento para los amortiguadores en el sitio de trabajo a la espera de la instalación. • Procedimientos de aislamiento eléctrico para los amortiguadores, donde existe la posibilidad de que se produzca corrosión galvánica o electrolítica.

3.8.7 Mantención e inspección (Ref. Punto 32.5.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El fabricante deberá proporcionar un manual que incluya instrucciones específicas para asegurar procedimientos de mantenimiento e inspección adecuados para los amortiguadores durante su vida útil en servicio.

Dentro del manual se deben incluir lo siguiente: • La información en cuanto a lo que se debe inspeccionar, por ejemplo, tirar hacia atrás cubierta del pistón y buscar evidencia de fugas. El manual debe incluir todas las precauciones necesarias para evitar daños a la cobertura y en el dispositivo. • Información sobre el tipo de grasa que se debe aplicar a la varilla de pistón expuesta y también la frecuencia de aplicación de esta grasa. • Instrucciones para sacar o reemplazar los amortiguadores, se deben incluir esquemas de cualquier equipo especial que sea necesario. • Cuando sea requerido en el contrato, deberán facilitarse los datos de las herramientas y equipos necesarios para poder verificar la capacidad de movimiento del amortiguador sobre la estructura. 132

• Instrucciones para cada inspección, por lo general supone que a una frecuencia de inspección cada 2 años y después de cada evento sísmico significativo deben realizar lo siguiente: o Realizar una inspección visual del sistema de anclaje para asegurar que no se encuentra dañado. o Determinar la necesidad de mantenimiento para limpiar los amortiguadores y sus anclajes, con el fin de evitar la corrosión acelerada. o Determinar la necesidad de volver a pintar el dispositivo. o Todos los amortiguadores en el puente deberán ser cuidadosamente inspeccionados para buscar signos de daño o fugas. Si se observa que hay fugas al inspeccionar la cubierta, se debe notificar, para así remover la cubierta e inspeccionar el pistón en busca de daño. o Controlar por cambios inesperados en la alineación que indicarían si el amortiguador experimentó aplicación de la fuerza inesperada. o Cada 6 años se deberán soltar la cubierta protectora para examinar el estado de la barra del pistón, así como determinar si hay indicios de fugas del fluido interno. o Cada 10 años se deberá aplicar carga nominal al amortiguador de manera de asegurar que puede cumplir sus funciones bajo la carga nominal.

133

3.9

Especificaciones técnicas para Apoyos – Requerimientos AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications y Código Europeo EN15129

A continuación, se detallarán requerimientos para los distintos tipos de apoyos, primero se definen todos los parámetros de la norma AASHTO LRFD Bridge Specifications y estas exigencias se van complementando con el código europeo EN 15129, el fin de esto es definir parámetros mínimos para los apoyos que serán utilizados, independiente del proveedor.

Los puntos 3.9.1, 3.9.2, 3.9.3, 3.9.4, 3.9.5 y 3.9.6 describen requerimientos de materialidad, diseño estructural, fabricación, envío y manipulación, instalación y ensayos, respectivamente, para los distintos tipos de apoyo que existen en el Proyecto Puente Chacao, dentro de los cuales se encuentran apoyos verticales Link Shoe, Topes extremos, apoyos transversales (esféricos), apoyos elastoméricos multidireccionales y apoyos elastoméricos con restricción transversal, para estos últimos 3 se establecen requerimientos de especiales que son mencionados en los puntos 3.9.7, 3.9.8 y 3.9.9.

3.9.1

Requerimientos de materiales

3.9.1.1 Acero enrollado (Ref. Punto 18.1.2.1 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El acero enrollado utilizado debe reunir los requerimientos de la normativa AASHTO M 270M/M 270 (ASTM A709/A709M), para grado 36 (grado 250), no debe causar reacciones electrolíticas adversas o reacciones químicas con otros componentes del apoyo, el material deberá estar libre de todo tipo de oxidación o desgaste en la laminación.

134

3.9.1.2 Acero laminado (Ref. Punto 18.1.2.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El acero laminado deberá cumplir con los requerimientos de la normativa AASHTO M 251.

3.9.1.3 Acero fundido (Ref. Punto 18.1.2.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El acero fundido debe cumplir con los requerimientos exigidos en la normativa ASTM A802/A802M, debe estar libre de todos los agujeros del proceso de soplado, no debe contener impurezas más grandes de 0,125 in. El interior de las paredes del apoyo y de las superficies de contacto deberán estar libres de todos los agujeros del proceso de soplado, no debe contener impurezas de ningún tamaño.

3.9.1.4 Acero forjado (Ref. Punto 18.1.2.4 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El acero forjado deberá satisfacer los requerimientos exigidos por la normativa ASTM A788

135

3.9.1.5 Acero inoxidable (Ref. Punto 18.1.2.5 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El acero inoxidable deberá cumplir con los requerimientos de la normativa ASTM A167, para el tipo 304 o bien ASTM A240/A240M, para el tipo 304, el acero utilizado debe tener un espesor mínimo de 0,91 mm.

El acero inoxidable en contacto con las láminas PTFE deben ser pulido para un acabado de por lo menos 20 μin.

3.9.1.6 Pernos de anclaje (Ref. Punto 18.9.1 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los pernos deberán cumplir con los requisitos de la norma ASTM A307, deberán estar provistos de detalles de anclaje que permitan el desarrollo de la resistencia a la tracción total del perno, se recomiendan el uso de ganchos o placas de extrenas.

Los pernos de anclaje deberán ser roscados para asegurar un buen agarre.

3.9.2 Consideraciones en el contrato

El contratista, en este caso CPC, MOP y AIF, deberá entregar al fabricante los planos de trabajo y detalles externos de los apoyos, como por ejemplo materiales especificados para los apoyos. Dentro de lo que CPC, MOP y AIF deben entregar como información previa al fabricante, se encuentra: 

Cantidad total de cada tipo de apoyo.



Vistas en planta y alzado donde se muestren las dimensiones relativas de cada tipo de apoyo. 136



Coeficiente de roce máximo de diseño.



Se debe especificar el tipo de material para cada elemento de apoyo.



Se deberá especificar la carga vertical, horizontal, rotación y capacidad de desplazamiento de cada tipo de apoyo.



Requisitos de pintura o revestimiento.



Parámetros de alineación.



Esquemas de instalación.



Detalles de anclaje.



Nombre del representante que será responsable de la coordinación, producción, inspección, además deberá estar presente durante la realización de los ensayos.

3.9.3 Requerimientos de diseño (Ref. Punto 14.6 – AASHTO LRFD Bridge Design Specifications)

Los apoyos fijos deberán ser diseñados para resistir todas las cargas apropiadas y restringir los movimientos no deseados. Para el diseño de los apoyos se deberán tener las siguientes consideraciones: 

El comportamiento de los apoyos es bastante variable, y hay muy poca evidencia experimental para definir con precisión el factor de resistencia ф de los apoyos, para cada estado límite, por ello ф se tomará como 1,0.



Los apoyos sometidos a elevaciones, en cualquier estado límite, deberán estar asegurados por amarres o anclajes.



La magnitud y la dirección de los movimientos y las cargas que se utilizarán en el diseño de los apoyos deberán estar claramente definidos en los documentos del contrato.



Los apoyos multirotacionales no deben utilizarse cuando las cargas verticales son menores que el 20% de la capacidad de carga vertical del apoyo. Los apoyos cargados con menos del 20 por ciento de su capacidad vertical requieren un diseño especial (FHW A, 1991). 137



En todos los apoyos se debe evaluar la estabilidad y la resistencia de los componentes y las conexiones.



Los apoyos deben ser capaces de soportar grandes cargas mientras acomodan las cargas de rotación y traslación



Las diferentes características de deflexión y rotación pueden producir daños en los apoyos y / o estructura.

La normativa AASHTO LRFD Bridge Design Specifications no define ciertos parámetros, por ello se añaden especificaciones del Código Europeo EN 15129.

3.9.3.1 Requerimientos mecánicos y estructurales (Ref. Punto 4.1.4 – Código Europeo EN 15129)

Los dispositivos y sus conexiones a la estructura deberán estar diseñados y construidos de tal forma que para el estado limite último, pueden sufrir daños, pero no llegar a colapso, a excepción de los sistemas considerados como fusibles (topes extremos y dispositivos de prevención de pérdida de apoyo). Para estado límite de servicio, los dispositivos y sus conexiones a la estructura deberán permanecer en un estado útil durante su vida en servicio.

Todos los dispositivos y sus conexiones a la estructura deben ser accesibles para su inspección y mantenimiento.

3.9.3.2 Capacidad del dispositivo de volver a su posición inicial (Ref. Punto 4.4.3 – Código Europeo EN 15129) Para todos los apoyos se debe comprobar que, para una deformación de 0 a 𝐷𝐸𝐷 𝐸𝑆 ≥ 0,25 𝐸𝐻 Dónde: 𝐷𝐸𝐷 : Desplazamiento máximo en la dirección principal 138

𝐸𝑆 : Energía almacenada por el dispositivo (energía de deformación elástica y energía potencial) 𝐸𝐻 : Energía disipada por los dispositivos de aislamiento 3.9.4

Fabricación


El fabricante deberá certificar que cada apoyo cumple los requisitos del contrato, además deberá proporcionar al Ingeniero una copia certificada de los resultados de los ensayos.

Los componentes que no sean de acero inoxidable, incluyendo los pernos de anclaje o rodamientos de acero, deberán ser galvanizados y deberán seguir los requerimientos de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications, específicamente el artículo 11.3.7 que trata el tema de la galvanización.

En la siguiente página se muestra una tabla que indica las tolerancias de fabricación.

139

Tabla 3.74 – Tolerancias de fabricación

Fuente: AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications 140

3.9.5 Envío y manipulación (embalaje, manejo y almacenamiento) (Ref. Punto 18.1.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Antes del envío desde el punto de fabricación, los apoyos deberán estar envasados de tal manera de asegurar que durante el transporte y almacenamiento de los dispositivos se encontrarán protegidos, contra daños provocados por la manipulación, el clima, o cualquier otro peligro, así como de la contaminación por polvo y la humedad.

Para el transporte, el apoyo deberá ser atornillado firmemente, atado o sujeto, esto con el fin de evitar cualquier movimiento indebido. En la parte superior visible cada apoyo deberá tener sus componentes claramente identificados, deberá llevar datos como el nombre del dispositivo, código de identificación, la ubicación y orientación en cada estructura en el proyecto en conformidad con el contrato. Los dispositivos deben estar marcados (con todos los datos ya mencionados), con una placa de designación en el cuerpo del apoyo y además en la parte superior (en la envoltura o empaquetado del dispositivo), se deben poder saber todos los datos del dispositivo sin la necesidad de quitar el embalaje.

Todos los dispositivos se entregan listos para la instalación y con los documentos de especificación. Una vez que lleguen al lugar de trabajo, todos los dispositivos y sus componentes deberán ser almacenados en el lugar donde tengan protección contra los daños ambientales y físicos. Una vez instalados los apoyos, deben estar limpios y libres de todas las sustancias extrañas, como pequeñas cantidades de gravilla, tierra u otros contaminantes pueden obstaculizar seriamente el buen comportamiento que de los apoyos.

El desembalado de los apoyos en el sitio no se realizará a menos que sea absolutamente necesario para la inspección o instalación, los apoyos no podrán ser

141

abiertos ni desmantelados en el sitio, excepto bajo la supervisión directa del fabricante.

3.9.6 Instalación (Ref. Punto 18.1.7 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los apoyos deberán ser instalados por personal calificado, se deberá tener en cuenta la variación de temperatura y los movimientos futuros del puente y el acortamiento debido al pretensado.

Cada apoyo tendrá un margen de instalación de ± 0,125 in de su posición correcta en el plano horizontal y una tolerancia angular de 0,02 rad, los apoyos que giran alrededor de un solo eje deberán estar orientados en la dirección especificada dentro de una tolerancia de 0,005 rad.

Los apoyos metálicos no embebidos en el hormigón deberán estar encajados en el hormigón con un material de relleno conforme al artículo 18.10 de la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications.

3.9.7 Ensayos y aprobación de los ensayos (Ref. Punto 18.1.5 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

A continuación, se describirán de forma breve los ensayos exigidos por la normativa AASHTO LRDF Bridge Construction Specifications. El objetivo de los ensayos es asegurar la buena calidad de los apoyos, la manera obvia de lograrlo es llevar a cabo rigurosas pruebas en cada dispositivo.

Ingeniero (representantes de CPC, MOP y AIF) tendrán acceso libre a inspeccionar la fabricación de los apoyos en todo momento. 142

Los ensayos especificados en el presente documento se llevarán a cabo a expensas del fabricante y representantes de CPC, MOP y AIF deberán estar presentes durante su realización, a menos que se especifique en el contrato y los ensayos sean llevados a cabo por un laboratorio independiente. (Esto aún no es definido por el MOP, pero se cree que lo más probable es que asistan representantes de cada entidad para estar presentes durante la realización de los apoyos)

3.9.7.1 Prueba de certificación de material (Ref. Punto 18.1.5.2.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

La certificación de material sirve para determinar las propiedades físicas y químicas de los materiales utilizados. Los ensayos de certificación deben ser provistos por el ingeniero (fabricante). 3.9.7.2 Ensayo de fricción de material – solo para superficies deslizantes (Ref. Punto 18.1.5.2.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El coeficiente de fricción entre dos superficies de contacto se medirá a través de ensayos que se realizarán sobre muestras tomadas del mismo lote de materiales que son utilizados en los apoyos.

Para realizar el ensayo las superficies deben limpiarse a fondo con un disolvente desengrasante, no debe utilizarse una lubricación diferente a la especificada para los apoyos. Las superficies de contacto de las piezas de ensayo deberán tener un área no menor a la de la zona de apoyo, o bien 7,0 𝑖𝑛2 . Las piezas de prueba deben ser cargadas a compresión y también a tensión, las cargas deben corresponder al estado límite de servicio del apoyo, las cargas se mantienen constantes durante 1 hora antes y durante la duración del ensayo de deslizamiento, se deben completar al menos 100 ciclos de deslizamiento, cada uno 143

de al menos ± 1,0 in, el ensayo se debe realizar a una temperatura de 68 ± 2 ° F. Durante el ensayo no se debe aplicar ningún tipo de lubricante.

La velocidad de deslizamiento uniforme durante el ensayo será de 2,5 in por minuto, el coeficiente de fricción por deslizamiento se calcula para cada dirección de cada ciclo.

El coeficiente de ruptura estática inicial de fricción, para el primer ciclo, no deberá ser superior a dos veces el coeficiente de fricción de diseño. El coeficiente máximo de fricción de deslizamiento para todos los ciclos posteriores no deberá exceder el coeficiente de fricción de diseño. Después de los 100 ciclos de pruebas, el coeficiente de fricción de deslizamiento se determinará de nuevo y no podrá ser superior al valor inicial, de lo contrario se deberá considerar como rechazado. El apoyo no debe mostrar ningún signo apreciable de desgaste, rotura de las uniones u otros defectos. El fallo de una sola muestra dará lugar al rechazo de todo el lote.

Es importante que el material de prueba sea idéntico al utilizado en el apoyo que se entregará para utilizar en el proyecto.

3.9.7.3 Verificación de las dimensiones (Ref. Punto 18.1.5.2.4 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Las dimensiones de todos los apoyos deberán ser verificadas por el fabricante y entregadas al ingeniero de proyecto (CPC, MOP y AIF). La falla en alguna dimensión de un apoyo será causa suficiente para el rechazo del mismo. La forma recta del apoyo se comprobará mediante la colocación de una regla de precisión en la superficie, la regla se colocará en diferentes orientaciones y se establecerá la peor condición.

144

3.9.7.4 Ensayo de despeje (Ref. Punto 18.1.5.2.5 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Este ensayo consiste en verificar que los componentes del apoyo se pueden mover en los desplazamientos y rotaciones de diseño, y que existe la condición de despeje requerida. El ensayo se debe realizar bajo la condición de carga vertical completa. 3.9.7.5 Ensayo de fricción para el apoyo – solo superficies deslizantes (Ref. Punto 18.1.5.2.6 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El apoyo deberá ser cargado en compresión hasta su capacidad de estado límite de servicio, la carga se deberá mantener constante durante 1 hora antes y durante la duración del ensayo de deslizamiento. Se deberán realizar al menos 12 ciclos de deslizamiento, éste deberá corresponder al desplazamiento de diseño y no deberá ser menor a ± 1,0 in.

El movimiento se aplicará a velocidad de deslizamiento promedio de diseño, está velocidad deberá estar entre 0,1 y 1,0 in. por min. Cuando se aplica esta prueba en superficies de deslizamiento curvo, la rotación de diseño deberá ser utilizada en lugar del desplazamiento. Durante el ensayo no se deberá aplicar ningún tipo de lubricante.

3.9.7.6 Ensayo de deterioro a largo plazo (Ref. Punto 18.1.5.2.7 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El propósito de esta prueba es verificar la resistencia a largo plazo de los materiales sometidos a la fluencia, desgaste y deterioro.

145

En el contrato se deberá precisar si la prueba de deterioro a largo plazo se lleva a cabo en una unidad por lote o si la prueba se satisface con la precalificación.

En el contrato se deberá especificar si la prueba se va a realizar en los apoyos de tamaño completo, o bien en versiones reducidas, las pruebas también pueden ser efectuadas en componentes de los apoyos. Las muestras deberán tener una superficie no menor a 7,0 𝑖𝑛2 . La primera pieza de prueba se someterá a compresión a una carga correspondiente a la de estado límite de servicio. Los sistemas de deslizamiento (superficies planas), se desplazarán al menos 1000 ciclos con una amplitud de no menos que ± 1,0 in. (2,0 in de extremo a extremo). Los sistemas de deslizamiento (superficies curvas), se desplazarán al menos 5000 ciclos, a desplazamientos correspondientes a una rotación de la amplitud de diseño. El ensayo de debe realizar a velocidades de hasta 10,0 in. por minuto, excepto cuando se toman lecturas del coeficiente de fricción, en ese momento la velocidad de deslizamiento deberá ser de 2,5 in por min.

Serán causa de rechazo del apoyo: • El daño visible en el desmontaje del cojinete, como un desgaste excesivo, grietas o fracturas en el material. • Un coeficiente de fricción que excede el valor utilizado en el diseño.

3.9.7.7 Capacidad de fuerza horizontal de los apoyos (Ref. Punto 18.1.5.2.8 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El propósito de la prueba es verificar que el apoyo es estable y que el sistema de guía o de retención tiene una resistencia adecuada bajo la combinación más grave de cargas horizontales y verticales. Esta prueba es utilizada sólo para los apoyos que van a resistir fuerzas horizontales. 146

Para realizar el ensayo se aplicarán una o más combinaciones de carga (que tengan efectos en sentido horizontal). Se aplicará una carga vertical de 1,0 veces su valor nominal y la carga horizontal se aplicará por etapas, hasta llegar a 1,5 veces su valor nominal. La falla o una deformación excesiva de cualquiera de los componentes será causa de rechazo.

3.9.8

Apoyos elastoméricos

3.9.8.1 Requisitos de Materiales (Ref. Punto 18.2.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El elastómero o neopreno (policloropreno) utilizado deberá ser de material nuevo (sin haber sido reciclado o reutilizado previamente), también se puede utilizar caucho (con el mismo requerimiento anterior, no haber sido reciclado). En la actualidad, sólo se permite utilizar caucho natural y neopreno, esto se debe a que ambos tienen un buen rendimiento comprobado.

El compuesto elastómero será clasificado como de baja temperatura, en Grado 0, 2, 3, 4 ó 5. Los grados y otras propiedades de los materiales se definen en la normativa AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (Sección 14), también en la normativa AASHTO M 251.

3.9.8.2 Fabricación (Ref. Punto 18.2.4 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los apoyos deben cumplir con los requerimientos de fabricación de la normativa AASHTO M 251. 147

3.9.8.3 Ensayos (Ref. Punto 18.2.5 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los materiales para los apoyos elastoméricos y los propios apoyos elastoméricos deberán ser sometidos a los ensayos descritos en la normativa AASHTO M 251. Los ensayos se dividen en dos categorías principales, los primeros son los ensayos de control de calidad de los materiales, en segundo lugar, están los ensayos de carga en los apoyos, los ensayos sirven para detectar defectos o fallas en la fabricación.

3.9.8.4 Instalación (Ref. Punto 18.2.6 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los apoyos elastoméricos se pueden colocar directamente sobre una superficie de hormigón o de acero, siempre que sea plana, deberán tener una tolerancia de 0.005 de la dimensión nominal para la instalación de apoyos de acero reforzado y 0.01 de la dimensión nominal para otro material.

Los apoyos deben ser colocados en las superficies horizontales con un grado de inclinación de máximo 0,01 radianes, si excede de 0,01 radianes se corregirá la superficie con lechada de hormigón o con algún otro método.

En ningún caso el elastómero deberá ser sometido a temperaturas superiores a 400 ° F.

148

3.9.9

Apoyos tipo POT o disco

3.9.9.1 Requerimientos de materiales (Ref. Punto 18.3.2 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Todos los materiales utilizados en la fabricación de estos apoyos, deberán ser nuevos y sin usar, no se deben ocupar materiales reciclados ni reutilizados

3.9.9.1.1 Acero


Todo el acero, excepto el acero inoxidable utilizado en el apoyo, se ajustará a los requisitos del artículo 11.3, para acero al carbono o de alta resistencia, acero estructural de baja aleación para soldadura, presentes en la normativa AASHTO LRDF Bridge Construction Specificcactions, capítulo 11.

3.9.9.1.2 Acero inoxidable


Debe cumplir los mismos requerimientos del punto 7.1.5 del presente informe. 3.9.9.1.3 Elementos elastoméricos rotacionales para apoyos tipo POT


El elemento elastomérico de rotación utilizado en la construcción de un apoyo de tipo POT, contendrá neopreno (policloropreno) resistente a la cristalización, el 149

material utilizado deberá seguir la normativa AASHTO M 251 (ASTM D4014), también se puede utilizar caucho natural para su fabricación, siempre y cuando siga la normativa AASHTO M 251.

Las propiedades físicas del neopreno y del caucho natural deben cumplir con las especificaciones de la siguiente manera: • En el punto A del durómetro, la dureza deberá ser de 50 ± 10 puntos. • Las muestras para el conjunto pruebas en compresión se pueden preparar usando moldes tipo 2. 3.9.9.1.4 Sellado para los apoyos tipo POT


Para el sellado de los apoyos tipo POT, el elastómero deberá ser lubricado, entre el acero del recipiente y la parte superior de la placa de acero del apoyo, con grasa de silicona que no reaccione químicamente con el elastómero y además no se deberán alterar sus propiedades para las condiciones ambientales previstas en el sitio donde se emplazará el proyecto. 3.9.9.1.5 Anillos de sellado para apoyos tipo POT


Los anillos de sellado de sección transversal rectangular, que se encuentran entre el pistón de acero y el elemento elastomérico de rotación de los apoyos, deben ser fabricados siguiendo los requerimientos de la normativa ASTMB36/B36M, para anillos de sellado de secciones circulares se debe seguir la normativa ASTM B121 / B121M.

150

3.9.9.1.6 Láminas PTFE (politetrafluoroetileno)


Los requisitos para las láminas PTFE se ajustarán a lo dispuesto en el Artículo 18.8.1 de la normativa AASHTO LRDF Bridge Construction Specification.

3.9.9.1.7 Elemento estructural para apoyos tipo disco (poliéter uretano)


El poliéter uretano, es un elemento estructural utilizado para la construcción de apoyos tipo disco, es un material plástico duro y resistente, sin embargo, su resistencia a la tracción varía significativamente dependiendo del control de calidad ejercido durante el procesamiento.

Las propiedades físicas del poliéter uretano se ajustarán a los requisitos mínimos enumerados en la siguiente tabla:

Tabla 3.75– Propiedades físicas del poliéter uretano

Fuente: AASHTO LRDF Bridge Construction Specification

151

3.9.9.2 Detalles de la fabricación (Ref. Punto 18.3.3 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

El fabricante deberá proporcionar al Ingeniero (CPC, MOP y AIF) una notificación por escrito 30 días antes del inicio de la fabricación de rodamientos.

Después de la fabricación, las superficies de acero expuestas a la atmósfera (a excepción de las superficies de acero inoxidable) se deben pintar o recubrir para protegerlas contra la corrosión. Las superficies metálicas que serán soldadas, se les dará una capa de barniz transparente u otro recubrimiento protector aprobado por el Ingeniero, si el tiempo de exposición antes que se realice la soldadura es superior a tres meses, se debe retirar el recubrimiento en el momento de la soldadura. La última pintura o recubrimiento de estas superficies deberán realizarse después de la finalización de la soldadura.

Todas las soldaduras deberán seguir los requerimientos de la normativa AASHTO / AWS D1.5M / D1.5. La lámina de PTFE debe ser empotrada en un sustrato de acero por lo menos a la mitad de su espesor. 3.9.9.2.1 Requisitos de fabricación para apoyos tipo POT


3.9.9.2.1.1 El recipiente (POT)

El recipiente debe ser fabricado por soldadura o mecanizado a partir de una sola pieza de la placa. En recipientes fabricados por anillos soldados a una placa de base, la soldadura deberá ser de penetración completa. Si el recipiente es fabricado por la unión de un anillo de soldadura a una placa base, la soldadura es de 152

importancia crítica y debe ser realizada en el interior y el exterior del anillo, después la soldadura en el interior debe ser mecanizada. Las soldaduras deben ser verificadas por métodos de examen por ultrasonidos adecuados, las placas deben permanecer rectas después de la soldadura y esto se debe garantizar. El pistón deberá ser mecanizado a partir de una sola pieza de acero, el diámetro exterior del pistón no deberá ser mayor a 0,030 pulgadas, los lados del pistón deberán ser biselados para facilitar la rotación.

3.9.9.2.1.2 Anillos de sellado

Los anillos de sellado deberán estar empotrados dentro del disco elastomérico y deberán ajustarse perfectamente contra la pared del recipiente. La brecha entre el anillo y la pared no deberá exceder en ninguna parte de 0,01 pulgadas. La brecha entre los extremos cortados del anillo no excederá de 0,05 pulgadas.

No se pueden utilizar laminas PTFE como sello (se utilizaron en el pasado sin éxito).

3.9.9.2.1.3 Elemento elastomérico de rotación

EL bloque de elastómero tendrá el mismo diámetro nominal del recipiente, deberá estar fabricado de un elastómero flexible. El bloque de elastómero se puede moldear de forma individual, deberá estar hecho de no más de tres capas separadas de las cuales ninguna puede tener un espesor nominal de menos de 0,5 pulgadas.

153

3.9.9.3 Ensayos y muestreo

3.9.9.3.1 Tamaño del lote de ensayo


Un lote será el menor número que se haya determinado de los siguientes criterios: • No deberá exceder de lo especificado del en contrato. • No deberá exceder de 25 apoyos. • Un lote estará integrado por cojinetes del mismo tipo, independientemente de la capacidad de carga. 3.9.9.3.2 Muestreo y aceptación


El fabricante deberá muestrear al azar un mínimo de 2 apoyos y un mínimo de 2 componentes individuales de los apoyos del lote, esto se requiere para la certificación de materiales y pruebas de rendimiento por el fabricante.

El fabricante deberá completar las pruebas necesarias antes de enviar el lote para la inspección de garantía de calidad, pruebas y consideración de aceptación. Los resultados de las pruebas del fabricante deberán ser presentadas al Ingeniero de proyecto (CPC, MOP y AIF).

154

3.9.9.3.3 Aseguramiento de la calidad de ensayos por el Ingeniero (CPC, MOP y AIF)


Cuando se especifica la prueba de garantía de calidad en el contrato, el fabricante proporcionará al Ingeniero el número requerido de apoyos completos (terminados) y también un número de componentes para realizar las pruebas de garantía de calidad de acuerdo con la siguiente tabla:

Tabla 3.76– Ensayos requeridos

Fuente: AASHTO LRDF Bridge Construction Specification

Todas las superficies exteriores de los apoyos de la producción y de las muestras deben ser lisas y libres de irregularidades o protuberancias que puedan interferir con los procedimientos de prueba.

Un mínimo de 30 días, serán permitidos para la inspección, muestreo y pruebas de garantía de calidad de los rodamientos de producción y los materiales que lo componen.

155

El contratista deberá asumir el coste del transporte de todas las muestras desde el lugar de fabricación hasta el lugar de la prueba y al sitio del proyecto.

3.9.9.3.4 Pruebas de rendimiento 3.9.9.3.4.1 Pruebas de rendimiento de materiales


Las pruebas de certificación de materiales se llevarán a cabo de conformidad con los puntos 3.9.7.1, 3.9.9.1.3 y el punto 3.9.9.1.7, ya mencionados en el presente documento.

3.9.9.3.4.2 Ensayo de verificación de las dimensiones y ensayo de despeje


Las pruebas se llevarán a cabo de conformidad con los artículos 3.9.7.3 y 3.9.7.4, ya mencionados en el presente documento. 3.9.9.3.4.3 Ensayo de deterioro a largo plazo


La prueba de deterioro a largo plazo se ajustará a los requisitos del artículo 3.9.7.6, ya mencionado en el presente documento

156

3.9.9.3.4.4 Ensayo de prueba de carga


El apoyo se deberá cargar al 150 por ciento de la capacidad nominal especificada por el ingeniero. Si el tamaño del apoyo impide realizar las pruebas adecuadas con el equipo disponible, el fabricante puede especificar una prueba en un apoyo con dimensiones más reducidas y siempre y cuando las exigencias sean las mismas (proporcionalmente).

El ensayo de prueba de carga a corto plazo consiste en mantener la carga durante 5 minutos, quitar la carga y a continuación volver a aplicarla durante 5 minutos más. Si la carga no se mantiene al 150% durante todo el ensayo, la prueba se reanudará desde el principio.

El ensayo de prueba de carga a largo plazo consiste en aplicar una carga equivalente al 150% de la carga nominal a durante 5 minutos, quitar la carga y luego volver a cargar durante 15 horas. Si la carga cae desde 150% a menos de 90% de la carga nominal, durante las 15 horas, se deberá incrementar la carga hasta llegar al valor objetivo, la duración del ensayo se incrementará en el período de tiempo durante el cual la carga fue inferior al valor requerido.

El propietario podrá escoger si se debe realizar un ensayo de prueba de carga a largo plazo o bien sustituirlo por un ensayo de carga de prueba a corto plazo.

El apoyo se deberá ser inspeccionado visualmente durante la prueba, finalizada la prueba y especialmente después del desmontaje.

157

Todos los defectos visuales resultantes, tales como deformaciones o daños en el elastómero, el poliéter uretano, las placas PTFE, en sellos o anillos, acero agrietado o deformado, será causa para el rechazo de todo el lote.

3.9.9.3.4.5 Coeficiente de fricción deslizante


La prueba se ajustará a los requisitos los puntos 3.9.7.2 y 3.9.7.5, ya mencionados en el presente documento.

3.9.9.4 Instalación (Ref. Punto 18.3.5 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los apoyos tipo POT y disco, deben ser instalados en presencia de un representante técnico del fabricante del apoyo, esta persona deberá proporcionar orientación al contratista (CPC) durante todo el proceso de instalación.

Tras la instalación definitiva, el Ingeniero deberá inspeccionar los apoyos para asegurar que están paralelos y al mismo nivel, la desviación debe ser inferior a 0,03125 pulgadas por pie. Cualquier desviación en exceso de este límite de tolerancia establecido deberán corregirse. El representante del fabricante debe ser independiente del contratista (CPC, MOP o AIF), además debe contar con una certificación que compruebe que es un profesional apto para llevar a cabo y guiar la instalación de los apoyos.

El contratista (CPC, MOP y AIF) deben discutir la metodología de trabajo con el representante del fabricante, deberán revisar los métodos de instalación y el equipo necesario antes de comenzar el trabajo.

158

El representante del fabricante debe asesorar al Ingeniero (CPC) en relación con los procedimientos de instalación adecuados.

3.9.10 Apoyos esféricos (Ref. Punto 18.3.4.1 – AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications)

Los apoyos esféricos deberán ser fabricados, ensayados e instalados según se indique en las especificaciones del contrato.

Dado que la normativa AASHTO LRFD Bridge Construction Specification entrega muy poca información respecto a este tipo de apoyos, el código europeo EN 15129 entrega muchos más parámetros respecto a los apoyos esféricos, por lo que se mencionaran estas especificaciones (Ref. Punto 4.1.3 – Código Europeo EN 15129)

3.9.10.1

Requisitos de funcionamiento

3.9.10.1.1

Capacidad de desplazamiento horizontal

(Ref. Punto 8.3.1.2 .3– Código Europeo EN 15129)

Los aisladores deberán ser capaces de acomodar un desplazamiento horizontal igual a 𝛾𝑏 𝑑𝐸𝑑 , donde 𝛾𝑏 es un factor parcial para apoyos esféricos y se debe tomar como 1.0.

Estos dispositivos no deberán incluir ningún elemento mecánico que sirva como tope extremo (como anillos de contención), para evitar la posibilidad de cualquier imparto entre elementos mecánicos.

159

3.9.10.1.2

Capacidad de rotación

(Ref. Punto 8.3.1.2.4 – Código Europeo EN 15129)

En los apoyos esféricos, los movimientos de traslación inducen movimientos de rotación, que son soportados por la superficie de deslizamiento secundaria. La superficie de deslizamiento secundaria será capaz de acomodar la rotación provocada por el desplazamiento horizontal igual a 𝛾𝑏 𝑑𝐸𝑑 . De acuerdo con el punto 5.4 de la norma EN 1337 – 1 :2000, este movimiento de diseño deberá incrementarse en ± 0,005 rad o ± 10 mm/𝑅2 rad (se debe considerar el mayor), se toma 𝑅2 como radio de curvatura de la superficie de deslizamiento secundaria. Este incremento sólo se aplica para el diseño de la capacidad de rotación. No se utilizará para calcular las tensiones en el dispositivo.

3.9.10.2

Materiales

3.9.10.2.1

material deslizante

(Ref. Punto 8.3.2.1 – Código Europeo EN 15129)

Sólo se utilizarán materiales adecuados para superficies curvas, se debe seguir la normativa EN 1337-2 o ETA. 3.9.10.2.2

Las superficies de contacto


Se utiliza como superficie de contacto, acero austenítico que cumpla los requerimientos de la normativa EN 10088-2, 1.4401 + 1.4404 + 2B o 2B o placas de soporte con al menos 100 µm de cromado duro, que cumpla con la norma EN ISO 6158. El espesor de las chapas de acero austenítico será de al menos 2,5 mm.

160

Si la superficie de deslizamiento primaria tiene la función de proporcionar disipación de energía, los requisitos para las características de la superficie es que la rugosidad Rz se encuentre en conformidad con la norma EN ISO 4287 y la dureza siga los requerimientos de la norma EN ISO 6507-2. Las superficies de deslizamiento secundaria y primaria que no están obligadas a proporcionar la disipación de energía, deberán encontrarse en conformidad con los incisos 5.4 y 5.5 de la norma EN 1337-2: 2004.

Los ensayos y las pruebas de control de producción en fábrica de cada lote de material, se llevarán a cabo para verificar que se cumplen los requisitos. 3.9.10.2.3

Lubricantes


Si se lubrica la superficie deslizante, el lubricante debe seguir los requerimientos del punto 5.8 de la norma EN 1337-2: 2004. 3.9.10.2.4

Placas de apoyo


Las placas de acero deben seguir los criterios de la norma EN 10025, el hierro fundido debe seguir los criterios de la norma ISO 1083, el acero al carbono debe ser fundido según la norma ISO 3755, en el caso de utilizar acero inoxidable sebe seguir los criterios de la norma EN 10088.

El sustrato de cromo duro para el recubrimiento de las placas deslizantes será de acero de grado S355J2G3 o acero de grano fino del mismo grado o superior de acuerdo con la norma EN 10025.

161

3.9.10.3

Diseño

3.9.10.3.1

Capacidad de soporte de carga


La capacidad de carga se verificará de conformidad con los puntos 6.3.1 y 6.3.3 de la norma EN 1337-7: 2004. Para superficies esféricas de deslizamiento con un ángulo 2θ ≤ 60 °, el método de verificación de la tensión debe estar de acuerdo con el método establecido en la norma EN 1337-7. Para superficies de deslizamiento esféricos con un ángulo incluido 2θ> 60 °, la verificación de la tensión de compresión se llevará a cabo utilizando métodos de cálculo apropiados.

3.9.10.3.2

Resistencia de fricción


Durante los movimientos de la superficie deslizante curva, la fricción se desarrolla tanto en la superficie de deslizamiento primaria como en la secundaria. No obstante, los requisitos para las dos superficies son diferentes, puesto que la fricción en la superficie de deslizamiento primario sirve para disipar la energía, mientras que en la superficie secundaria la fricción de la superficie de deslizamiento debe ser minimizada para asegurar una distribución adecuada de la presión en los materiales de deslizamiento del dispositivo.

162

3.9.10.3.3

Separación de las superficies de deslizamiento


La separación de las superficies de deslizamiento se puede provocar por desgaste debido a la contaminación y el aumento de la deformación del material de deslizamiento de la superficie secundaria, también puede deberse al confinamiento defectuoso de este último. Se deberá verificar que 𝜎𝑝 ≥ 0 en todas las combinaciones de carga en estado límite de servicio. (𝜎𝑝 es la presión de contacto). Para superficies esféricas con un ángulo incluido 2θ ≤ 60 °, se debe cumplir la condición de que 𝜎𝑝 ≥ 0, para un estado límite de servicio cuando la excentricidad total 𝑒𝑡 debe satisfacer la relación: 𝑒𝑡 ≤

𝐿 8

Donde

L: es el diámetro del área proyectada.

El método de cálculo de las excentricidades en superficies esféricas se da en el anexo A de la norma EN 1337-7: 2004.

3.9.10.4

Ensayos

(Ref. Punto 8.3.4 – Código Europeo EN 15129)

Durante el ensayo, la temperatura en el centro del material de deslizamiento del apoyo principal debe ser monitoreada y reportada. Es aconsejable dividir el programa de ensayos en grupos de ensayos, después de realizar un grupo, se

163

permite que el apoyo se enfrié a una temperatura especificada por el fabricante antes de realizar el grupo de ensayos posteriores.

Los ensayos se pueden organizar en grupos de acuerdo con el siguiente criterio, que la entrada total de energía al apoyo esférico en cada grupo de ensayos no deberá superar 1,5 veces la energía disipada por el aislador durante un terremoto de nivel de diseño.

Los ensayos se deberán realizar a una temperatura de (23 ± 5) ° C, a menos que se especifique otra temperatura por el ingeniero estructural.

Por razones de seguridad la medición del espesor puede llevarse a cabo por medio de sensores electrónicos o sustituirse por mediciones en dispositivos sin carga.

3.9.10.4.1

Ensayo de Capacidad de carga del apoyo

(Ref. Punto 8.3.4.1.2– Código Europeo EN 15129)

El objeto de este ensayo es comprobar la capacidad de sobrecarga del apoyo esférico. Sin realizar ningún tipo de desplazamiento, se debe aplicar una carga igual a 2 𝑁𝑆𝑑 y mantenerla constante durante 1 min. Se debe registrar en un gráfico la fuerza vertical vs desplazamiento.

164

3.9.10.4.2

Ensayo de fuerza de resistencia a fricción en condiciones de

servicio


El objetivo de estas pruebas es verificar la fuerza lateral máxima desarrollada por el aislador en condiciones de servicio.

Sin realizar ningún tipo de desplazamiento, se debe aplicar una carga vertical igual a la carga de diseño no-sísmica 𝑁𝑆𝑑 y mantenerla constante durante 30 minutos, luego imponer una velocidad de deslizamiento inferior a 0,1 mm/s durante 1 min. Se debe registrar en un gráfico la fuerza vertical vs desplazamiento.

3.9.10.4.3

Ensayo de deslizamiento del apoyo


El objetivo de este ensayo es verificar el comportamiento dinámico de deslizamiento de la superficie curva, en términos de resistencia a la fricción, además con este ensayo se verifica la capacidad de disipación de energía y la estabilidad en ciclos repetidos.

Para los materiales utilizados en el apoyo esférico, la relación entre el coeficiente de fricción μ y la presión 𝜎𝑝 viene dada por la expresión: μ = f (𝜎𝑝 ) Esta función depende del tipo de material utilizado, la rugosidad de las superficies de contacto, temperatura, velocidad, etc. El ingeniero estructural debe tener en cuenta que debe especificar los valores para el coeficiente de fricción bajo diferentes condiciones de carga.

165

Se debe registrar en un gráfico la fuerza horizontal vs desplazamiento para cada ejecución. La forma de onda de entrada de desplazamiento deberá ser sinusoidal del tipo d(t)=𝑑𝑥 ⋅sin(2π⋅𝑓0 ⋅t). La frecuencia 𝑓0 [Hz] será elegido adecuadamente en relación con la longitud de roce 𝑑𝑥 [mm] de manera que para cada tipo de prueba la velocidad más alta 𝑉0 = 2π⋅𝑓0 · dx [mm / s] es igual al valor especificado 𝑉𝐸𝑑 .

3.9.10.4.4

Ensayo de envejecimiento


El objetivo de estas pruebas es verificar el envejecimiento del material en términos de resistencia a la fricción, esto se realiza por medio de un ensayo de envejecimiento acelerado.

El material deslizante será expuesto durante 14 días a una temperatura de 70 ° C en condiciones anaerobicas. El coeficiente de fricción dinámico no debe variar en más de 20%, o se considera rechazado.

3.9.10.4.5

Ensayo de materiales


Las pruebas de las materias primas y componentes se realizarán de acuerdo con la Tabla 16 de la norma EN 1337-2: 2004 o en presencia de otros materiales deslizantes los reglamentos equivalentes de la ETA.

166

3.10 Cronología de trabajo

A continuación, se explicará cómo se ha progresado en el trabo semana a semana, se explicará el trabajo que ya se encuentra realizado y el trabajo que se pretende avanzar durante el tiempo restante.

3.10.1 Trabajo realizado Marzo – Semana 1: Incorporación al MOP y al equipo de trabajo de la Inspección Fiscal del Proyecto Puente Chacao. Durante esta semana se le explicó a la alumna en qué consistía el proyecto, además de cuál sería su labor dentro del equipo. Marzo – Semana 2: Entrega de documentos y análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao. Durante esta semana se hiso entrega de una gran cantidad de documentos oficiales relacionados con el proyecto. Marzo – Semana 3: Análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao, este informe es un completo estudio de ingeniería donde se abarca el diseño estructural del Puente Chacao, memorias de cálculo, estudios de topografía, geotecnia, estudios marítimos, batimetrías, estudios de viento y sismo. Marzo – Semana 4: Reunión con FIP INDUSTRIALE - Análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao. Durante este periodo se recopiló información general del proyecto, además se tuvo la oportunidad de conocer a un proveedor de elementos sísmicos de procedencia italiana. Abril – Semana 1: Análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao, diseño estructural del puente, durante este tiempo se determinó la ubicación los distintos elementos estructurales dentro del puente, además de las solicitaciones a las que están sometidos. Abril – Semana 2: Análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao, diseño estructural del puente, durante este tiempo se determinaron las solicitaciones a las que están sometidos los distintos elementos estructurales.

167

Abril – Semana 3: Asistencia a capacitación de Uso de PDA en hincado de pilotes metálicos – Análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao, diseño estructural del puente, durante este tiempo se determinaron las solicitaciones a las que están sometidos los distintos elementos estructurales. Abril – Semana 4: Reunión con TECHSTAR - Análisis del Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao, durante ese tiempo se fue concretando la información Mayo – Semana 1: Análisis de requerimientos para determinar la calidad de los elementos sísmicos, estudio de Código Europeo EN 15129. Mayo – Semana 2: Análisis de requerimientos para determinar la calidad de los elementos sísmicos, estudio de Código Europeo EN 15129 y AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation Design. Mayo – Semana 3: Análisis de requerimientos para determinar la calidad de los elementos sísmicos, estudio de Código Europeo EN 15129 y AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation Design. Mayo – Semana 4: Análisis de requerimientos para determinar la calidad de los elementos sísmicos, estudio de Código Europeo EN 15129 y AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation Design. Durante este periodo se pretende finalizar este proceso de requerimientos basados en normativa internacional. Junio – Semana 1: Análisis de requerimientos para determinar la calidad de los elementos sísmicos, estudio de Código Europeo EN 15129 y AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation Design. Durante este periodo se pretende finalizar este proceso de requerimientos basados en normativa internacional. Junio – Semana 2: Durante este periodo se realizó un itemizado final de especificaciones técnicas. Junio – Semana 3: Se generó un informe final y se hizo entrega a la empresa del trabajo completo. Junio – Semana 4: Se finalizó la actividad de título dentro del Ministerio de Obras Públicas. 168

4

Conclusiones y comentarios

De este taller profesional se puede concluir que se logró con éxito elaborar las especificaciones técnicas para los elementos sísmicos que se utilizarán en el Puente Chacao. Del análisis realizado a los informes de ingeniería entregados por CPC se logró generar un resumen de todos los elementos sísmicos que se utilizarán, dentro de los que se encuentran las juntas de expansión, amortiguadores, apoyos verticales tipo biela (Link Shoe), apoyos esféricos, topes extremos, apoyos elastoméricos, apoyos tipo POT y dispositivos de prevención de pérdida de apoyo, junto con ello se realizó una descripción de los mismos.

Los mayores esfuerzos de carga en compresión se generan en la pila norte y central, esto ocurre porque, los únicos elementos sísmicos existentes en estas estructuras son los apoyos esféricos, a diferencia de las otras estructuras del puente que tienen una mayor cantidad y variedad de elementos sísmicos. Estas cargas ocurren solo en compresión debido a que deben acomodar los movimientos del tablero, por ello no se generan cargas en tracción. Ya que es la única conexión entre las pilas y el tablero deben ser capaces de disipar completa o gran parte de la energía frente a un evento extremo para así mantener la integridad de ambas estructuras.

En la Pila Sur es donde se encuentra la mayor cantidad de elementos sísmicos, esto ocurre porque en esta estructura se unen las 2 obras de mayor envergadura que son el puente en suspensión y el puente de aproximación, esta última estructura tiene un gran número de apoyos, esto contribuye principalmente en la disipación de energía frente a eventos extremos, dado que es tipo viaducto y esta sostenido por 2 sepas de 3 columnas cada una, los ingenieros estructurales decidieron incorporar un apoyo en cada conexión entre las vigas principales del puente de aproximación y las columnas de cada cepa.

169

Las juntas de expansión juegan un rol fundamental en la estructura ya que son puntos de intersección entre distintas obras, la junta ubicada en el Estribo Norte permite la continuidad entre la cazada de la carretera que finaliza en la punta Coronel, la cual se encuentra en el continente y el puente en suspensión, la segunda junta de expansión se encontrara entre la pila sur, permitiendo así la continuidad entre en puente en suspensión y el puente de aproximación, finalmente la última junta se encuentra ubicada en el Estribo Norte y da continuación al puente de aproximación con la calzada ubicada en la punta San Gallán en la isla de Chiloé

La historia ha demostrado qué en las estructuras tipo viaducto, como el puente de aproximación, el uso de apoyos elastoméricos y tipo disco tienen un buen comportamiento, por lo que no es necesario incorporar más tipos de apoyos u otros elementos sísmicos, por ello esta parte de la estructura no cuenta con apoyos tipo Link Shoe ni esféricos.

Todos los elementos sísmicos utilizados en la estructura cumplen la función de amortiguar y disipar las energías. A través de estos dispositivos se logra disminuir los esfuerzos de la estructura (principalmente de las pilas), con esto se consigue asegurar la resistencia y permanencia del puente frente a eventos extremos como sismos o tsunamis, considerando que uno de los objetivos del proyecto es que el puente tenga una vida útil de 100 años.

De los informes entregados por CPC al MOP también se obtuvieron las solicitaciones de carga, desplazamientos y rotaciones a las que están sometidos los elementos sísmicos, además se describió brevemente la ubicación de cada dispositivo dentro de la estructura. Precisar todos los esfuerzos a los que están sometidos cada uno de los elementos sísmicos es un punto clave, ya que con este dato se reduce el número de fabricantes que oferta los aparatos.

Por otro lado, asegurar el tema de calidad y desempeño de los elementos es fundamental por ello es que se genera un listado completo de requerimientos y 170

parámetros con los que deben cumplir estos elementos. Mediante un profundo análisis principalmente de las normas AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications se definieron parámetros específicos con los que deben cumplir estos dispositivos y los puntos que no eran bien definidos por estas normativas se complementaron con el Código Europeo EN15129. Dentro de los parámetros definidos se encuentran especificaciones técnicas para los materiales con que se fabrican estos dispositivos sísmicos, fabricación, envío y manipulación, instalación y ensayos. El fin de plantear todos estos requerimientos es que independiente de la empresa que proporcione los elementos sísmicos (juntas de expansión, amortiguadores y distintos tipos de apoyos) se cumplan estándares mínimos de calidad y desempeño.

Finalizada esta actividad de título se puede señalar que fue una gran oportunidad tener la opción de conformar un equipo de trabajo junto con otros ingenieros ya titulados y con años de experiencia, cabe mencionar que el proyecto en el que se desarrolló el taller profesional es el más importante a nivel país, ya que pondrá en juego el nivel y la experticia de la ingeniera en Chile.

Con respecto al trabajo que se ha realizado se cree que es el esperado de acuerdo al tiempo que se ha estado en el cargo. Como opinión personal se cree que Chile debería contar con una normativa propia para elementos sísmicos (juntas de expansión, amortiguadores y distintos tipos de apoyos), ya que obliga a los fabricantes nacionales.

Como recomendación, el MOP debería exigir a CPC entregar especificaciones técnicas mucho más completas que solo limitarse a las memorias de cálculo del diseño estructural del Puente Chacao. Las especificaciones técnicas entregadas por CPC deberán igualar o superar las presentadas por el MOP en este documento.

El MOP debería exigir a la AIF sus propias especificaciones técnicas de todos los elementos sísmicos que se utilizarán en el Proyecto Puente Chacao, luego con esto 171

comparar las entregadas por CPC y definir cuáles son los parámetros mínimos que se le exigirá a CPC para la obtención de estos elementos, este documento finalmente seria revisado por el MOP para ser aprobado o rechazado, y no viceversa.

CPC, MOP y AIF deberán definir de forma concisa las especificaciones técnicas mínimas exigidas al proveedor. Es necesario que el MOP defina quién se encontrará a cargo de la inspección y mantención de estos elementos una vez que se encuentren instalados.

172

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174

Glosario

MOP: Ministerio de Obras Públicas

CPC: Consorcio Puente Chacao

AIF: Asesoría Inspección Fiscal

MBJS: Sistema de junta modular para puentes (Modular Bridge Joint System)

HITEC: Highway Innovative Technology Center

STU: Shock Transmission Units

PTFE: Es una placa de politetrafluoroetileno, que es capaz de resistir altas temperaturas (entre los -270°C hasta los 320°C), es antiadherente a casi todos los productos, flexible, es resistente a productos químicos y solventes.

Puente en suspensión: Es la longitud del puente que se encuentra entre el estribo norte y la pila sur.

Puente de aproximación: Es la longitud del puente que se encuentra entre la pila sur y el estribo norte, este puente es tipo viaducto.

AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials

Viaducto: Puente para el paso de un camino sobre un valle. Puente carretero elevado.

175

Eje Longitudinal del Puente: Es el eje de la calzada del puente y en los de calzada doble, es el eje de la mediana. En aquellos casos que el puente esté comprendido en el estudio general de una carretera.

Calzada: Es la superficie del puente destinada al tránsito vehicular, su ancho se mide en forma perpendicular al Eje Longitudinal del Puente.

Desagües: Son los elementos que permiten vaciar las aguas lluvias que fluyen sobre la calzada y pasillos del puente.

Pasillos o Aceras: Zona longitudinal del puente, destinada al tránsito de peatones.

176

ANEXOS

177

ANEXO A – Plano del Puente Chacao

Eje 1: Macizo de anclaje norte Eje 2: Estribo norte Eje 3: Estribo norte Eje 4: Mitad del vano norte Eje 5: Pila central Eje 6: Mitad del vano sur Eje 7: Pila sur Eje 8: Columnas del puente de aproximación Eje 9: Columnas del puente de aproximación Eje 10: Estribo sur Eje 11: Macizo de anclaje sur

123

ANEXO B – Pila Norte

Figura: Plano Pila Norte Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao 125

Figura: Modelo programa RM – Bridge, pilotes y sección geométrica de la Pila Norte Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao 126

ANEXO C – Pila Central

Figura: Plano Pila Central Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao 127

Figura: Modelo programa RM – Bridge, pilotes y sección geométrica de la Pila Central Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao

128

ANEXO D – Pila Sur

Figura: Plano Pila Sur Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao

129

Figura: Modelo programa RM – Bridge, pilotes y sección geométrica de la Pila Sur Fuente: Informe Final de Estudio de Ingeniería de Puente Chacao

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ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LOS ELEMENTOS SÍSMICOS DEL PUENTE CHACAO, BASÁNDOSE EN AASHTO LRFD Y CÓDIGO EUROPEO EN 15129. (Ing. Civil. Camila San Martín Carrasco)

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