PERSPECTIVA HISTÓRICA (1/2)
DISEÑO Y AISLAMIENTO SÍSMICO DE PUENTES
PERSPECTIVA HISTÓRICA (2/2) 1982 (ATC-6)
Guía para el diseño sísmico de puentes
1983 (AASHTO)
Incluyen ATC-6 como una guía
1991 (AASHTO)
Incluyen ATC-6 como una especificación estándar
1992 (AASHTO)
Incluyen ATC-6 como parte de las especificaciones estándar
1996 (CFE)
Manual de Obras Civiles. Capítulo de Diseño por Sismo. Puentes
1931 (AASHO)
Primer código de diseño de puentes
1941, 1943, 1943, 1944 y 1949 1949 (AASHO) (AASHO)
Códigos para diseño diseño de puentes que sólo hacen mención a las cargas sísmicas Primer código de diseño de puentes
1940 (CALTRANS) 1943 (CALTRANS)
Ya se incluyen normas para definición de cargas sísmicas
1971 (SEAOC)
Se definen fuerzas sísmicas mas severas. Espectro ARS
FILOSOFÍA DE DISEÑO SÍSMICO AASHTO 1992 (ATC-6) a).- Sismo de diseño-riesgo uniforme b).- Nive Nivell de diseñodiseño- sism sismo o con la misma misma probabilidad de excedencia en diferentes regiones **10% de probabilidad de excedencia en 50 años (Tr = 500 años) ** 15% de probabilidad de excedencia en 75 años (Tr = 500 años)
FILOSOFÍA DE DISEÑO SÍSMICO AASHTO 1992 (ATC-6) Expectativas de comportamien comportamiento: to:
FILOSOFÍA DE DISEÑO SÍSMICO AASHTO 1992 (ATC-6)
- Los sismos pequeños y moderados se deberán resistir en el rango de comportamiento elástico, sin que se produzca daño significativo
Conceptos básicos para el diseño sísmico:
- Los procedimientos de diseño deberán utilizar fuerzas e intensidades realistas de movimientos sísmicos
- Se debe preservar el funcionamiento de los puentes esenciales
- Bajo un sismo fuerte, no deberá ocurrir el colapso ni parcial ni total. De preferencia el daño que ocurra deberá ser fácilmente identificable y de fácil acceso para ser reparado.
- Se debe minimizar el riesgo de pérdidas humanas
- Los movimientos sísmico que se utilicen para el diseño deberán tener una baja probabilidad de ser excedidos durante la vida útil del puente
1
FILOSOFÍAS ACTUALES FILOSOFÍAS ACTUALES DE DISEÑO SÍSMICO (2009)
FILOSOFÍA DE NIVELES DE COMPORTAMIENTO a).- Nivel de servicio servicio
--- Estad Estados os límite límite
b).- Nivel de prevención prevención de colapso colapso
--- Nivel de comportamiento comportamiento
DAÑOS EN PUENTES OCASIONADOS POR SISMO
DAÑOS EN PUENTES OCASIONADOS POR SISMO
Asentamien Asen tamiento to y agrie agrietamien tamiento to en vías de acceso
DAÑOS EN PUENTES OCASIONADOS POR SISMO
DAÑOS EN PUENTES OCASIONADOS POR SISMO
Agrietamiento de pilotes y cabezales Agrietamiento de pilotes y cabezales
2
Falla de elementos diseñados para restringir movimientos laterales
Falla de elementos diseñados para restringir movimientos laterales
DAÑOS EN PUENTES OCASIONADOS POR SISMO (México) - Asentamiento y agrietamiento en los accesos. - Asentamiento de pilotes. - Agrietamiento en pilas. - Agrietamiento de cabezales. Falla de elementos diseñados para restringir movimientos laterales
- Falla de elementos diseñados para restringir movimientos laterales.
ANALISIS SÍSMICO Análisis estático F= (f i)(f c)(f s)(f z) W f i = factor de importancia….1.5 f c = factor de comportamiento sísmico f s = factor de tipo de terreno f z = factor de zona W = peso Kobe, Japón, 1995
3
ZONIFICACIÓN SÍSMICA DE MEXICO ELECCIÓN DEL TIPO DE ANÁLISIS MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO MÉTODO DE ANÁLISIS DINÁMICO (modal y paso a paso) MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS
EL MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS SOLO ES APLICABLE A PUENTES REGULARES
SE APLICA EN PUENTES QUE CUMPLAN CON LOS SIGUIENTES REQUISITOS:
LOS PUENTES QUE POSEAN UN CIERTO GRADO DE IRREGULARIDAD SE ANALIZARÁN CON EL MÉTODO ESTÁTICO
a)
QUE TENGAN DOS O MÁS CLAROS O TRAMOS.
b)
LOS PUENTES AÚN MÁS IRREGULARES Y LOS PUENTES ESPECIALES, SE ANALIZARÁN CON EL MÉTODO DINÁMICO
QUE SEAN RECTOS Y QUE LA LONGITUD DE SUS TRAMOS SEA MUY PARECIDA.
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.) c)
d)
QUE SE PUEDA SUPONER QUE LOS M ARCOS DEL PUENTE TRABAJAN DE MANERA INDEPENDIENTE, TANTO EN SENTIDO LONGITUDINAL COMO TRANSVERSAL
QUE SUS CLAROS SEAN MENORES DE 40 METROS Y EL ANCHO DE LA CALZADA SEA MENOR DE 30 METROS
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.) MÉTODOLOGÍA:
1.
SE ELIGE EL MARCO A DISEÑAR
2.
SE OBTIENE LA MASA TRIBUTARIA CORRESPONDIENTE
3.
SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL DEL MARCO EN EL SENTIDO DE ANÁLISIS (K)
4
RIGIDEZ SUPERESTRUCTURA
RIGIDEZ- SUPERESTRUCTURA
Carga puntual al centro del claro:
Superestructura
Factores que afectan la rigidez lateral Longitud total del puente Ancho total del puente Tipo de estructura Continuidad Geometría en planta
Rigidez lateral relativa Tipo de co mpon ent e Mu y f lexib le Viga cajón continua Viga T continua con diafragmas Viga T continua sin diafragmas Viga T simplemente apoyada con diafragmas Viga T simplemente apoyada sin diafragmas
______
Carga uniforme:
_______
Factores que afectan la rigidez lateral Altura Propiedades de la sección Condiciones y tipo de la estructura
384 EI s
K
3
5 L (1 0.8 )
____ ___
Apoyos
Elastomérico:
K
Gr Ar T r
Gr : Módulo de cortante del
Rigidez lateral relativa Tipo de componente Muy flexible Muy rígid a
elastómero
Ar : Área transversal del elastómero T r : Espesor total del elastómero
___
Deslizante: Muy alta, inicialmente, después cero Cazoleta: Muy alta
___ ___________ ___
RIGIDEZ SUBESTRUCTURA
RIGIDEZ SUBESTRUCTURA
L (1 )
_____
RIGIDEZ EN LOS APOYOS
Placa deslizante con topes laterales Placa deslizante sin topes laterales Apoyo elastomérico Llave de cortante
3
Mu y rígid a
RIGIDEZ EN LOS APOYOS Factores que afectan la rigidez lateral Dimensiones físicas Tipo de apoyo Propiedades de los materiales
48 EI s
K
Una columna Extremos empotradoempotrado:
Subestructura
K
Rigidez lateral relativa Tipo de co mp on ent e Una columna Varias columnas Muro estructural
Mu y f lexib le
12 EI c
Mu y r ígida
h3
Extremos empotradoarticulado:
_______ __________ ______
K
3 EI c
h
3
5
Varias columnas Extremos empotradosempotrados:
K
12nEI c
h
Número de columnas en cada dirección
h3
Cimentación
A
B
C
D
Tipo de suelo I II II I II III I II II I II III
Si las columnas no están empotradas ni articuladas, pero forman un marco, se usará la distribución de momentos que se forma para el cálculo de la rigidez.
3.
Si la pila tiene el cabezal sobre pilotes o sobre un cilindro, la expresión de arriba puede ser usada con tal que h incluya la profundidad de desplante de los pilotes.
Zapata en suelo duro o en roca Pilotes inclinados Pilotes verticales Zapata corrida en suelo blando
SE OBTIENE EL PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN
4.
Rigidez lateral relativa Tip o de componente Muy flexible
Muy rígida
T
___ ________ _________
2
W gK
_____
SE CALCULA EL VALOR DE c CORRESPONDIENTE AL PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN Y SE DEFINE EL FACTOR DE DUCTILIDAD Q DEL MARCO
5.
Espectros de diseño para estructuras del grupo B Zona sísmica
2.
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.)
CIMENTACIÓN
Profundidad efectiva Propiedades de la sección Tipo de estructura Condiciones del suelo
Si la rigidez torsional de la estructura es muy alta, use el resultado empotrado-empotrado. Si la rigidez es muy baja use el resultado empotrado-articulado. Si la rigidez está entre ambos casos, incluir el valor actual en el cálculo para la rigidez lateral.
n:
3nEI c
Factores que afectan la rigidez lateral
1.
h: Altura de la columna o del muro
3
Extremos empotradosarticulados:
K
Notas
Muros
ao
c
T a
T b
r
0.02 0.04 0.05 0.04 0.08 0.10 0.36 0.64 0.64 0.50 0.86 0.86
0.08 0.16 0.20 0.14 0.30 0.36 0.36 0.64 0.64 0.50 0.86 0.86
0.2 0.3 0.6 0.2 0.3 0.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
0.6 1.5 2.9 0.6 1.5 2.9 0.6 1.4 1.9 0.6 1.2 1.7
1/2 2/3 1 1/2 2/3 1 1/2 2/3 1 1/2 2/3 1
a
ao
a
c; si T a
a
c
(c
T b T
ao )
T ; si T T a T a
T T b
r
; si T T b
ao
Coeficient e de aceleració n del terreno
T
Periodo natural de interés, en segundos
r Exponente c
Coeficient e sísmico
6
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.) 6.
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.)
LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE OBTIENE CON
E
c Q
W
DONDE W ES EL PESO DE LA MASA TRIBUTARIA
K L = Rigidez en la dirección longitudinal M L = Masa total de la superestructura
MODELO EQUIVALENTE PARA ANÁLISIS LONGITUDINAL
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.)
MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS (cont.)
K T = Rigidez equivalente en la dirección transversal M T = Masa equivalente de la superestructura en la
dirección transversal
MODELO EQUIVALENTE PARA ANÁLISIS TRANSVERSAL IDEALIZACIÓN DEL PESO/MASA
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.)
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO ESTE MÉTODO SERÁ APLICABLE AL ANÁLISIS DE AQUÉLLOS PUENTES QUE CUMPLAN CON LOS SIGUIENTES REQUISITOS:
c)
QUE LA LONGITUD DE SUS TRAMOS SEA MUY PARECIDA
d)
QUE LA FUERZA SÍSMICA SE DISTRIBUYA EN TODOS LOS MARCOS RESISTENTES
a) QUE TENGAN DOS O MÁS CLAROS O TRAMOS
e)
QUE LA RELACIÓN DE LA RIGIDEZ LINEAL DE TODA LA SUPERESTRUCTURA Y LA RIGIDEZ TRANSVERSAL DE LA SUPERESTRUCTURA SEAN MENORES DE 120 METROS Y EL ANCHO DE LA CALZADA NO SUPERE LOS 30 METROS
b) QUE SEAN RECTOS O ALOJADOS EN CURVAS
HORIZONTALES DE POCO GRADO
7
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.)
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.) LA APLICACIÓN DE ESTE MÉTODO SE LLEVA A CABO DE LA SIGUIENTE MANERA: 1. SE APLICA UNA CARGA UNIFORM E HORIZONTAL
DE MAGNITUD UNITARIA, EN DIRECCIÓN PERPENDICULAR A LA SUPERESTRUCTURA
2. SE OBTIENEN LOS DESPLAZAMIENTOS Y
ELEMENTOS MECÁNICOS RESULTANTES DE LA APLICACIÓN DE LA CARGA UNIFORME
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.)
MÉTODO DE LA CARGA UNIFORME 3.
CON BASE EN LOS DESPLAZAMIENTOS CALCULADOS EN EL PASO ANTERIOR SE ESCALA EL VALOR DE LA CARGA UNIFORME PARA QUE PRODUZCA UN DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL MÁXIMO DE UN CENTÍMETRO EN LA ESTRUCTURA
4.
SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL TOTAL DE LA ESTRUCTURA MULTIPLICANDO LA LONGITUD POR EL NUEVO VALOR DE LA CARGA UNIFORME
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.) 5.
SE CALCULA LA CARGA MUERTA TOTAL DE LA ESTRUCTURA
6.
SE DETERMINA EL PERÍODO NATURAL DE VIBRACIÓN
T 7.
2
MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO (cont.) 8.
W
DONDE W ES EL PESO DE LA CARGA MUERTA TOTAL
gK
SE CALCULA EL VALOR DE c CORRESPONDIENTE AL PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN Y SE DEFINE EL FACTOR DE DUCTILIDAD Q DE LA ESTRUCTURA
LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE OBTIENE CON: c E W Q
9.
LA FUERZA E SE TRANSFORMA EN UNA CARGA UNIFORME EQUIVALENTE
8
EFECTOS BIDIRECCIONALES
EFECTOS BIDIRECCIONALES E = 100% E(transversal) + 30% E (longitudinal)
LOS EFECTOS DE AMBAS COMPONENTES HORIZONTALES DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO SE COMBINARÁN TOMANDO, EN CADA DIRECCIÓN QUE SE ANALICE EL PUENTE, EL 100% DE LOS EFECTOS DE LA COMPONENTE QUE OBRA EN ESA DIRECCIÓN Y EL 30% DE LOS EFECTOS DE LA QUE OBRA PERPENDICULARMENTE EN ELLA, CON LOS SIGNOS QUE PARA CADA CONCEPTO RESULTEN MÁS DESFAVORABLES
MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO CUANDO NO SE SATISFAGAN LOS REQUISITOS PARA APLICAR CUALQUIERA DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTÁTICO, SE EMPLEARÁN LOS SIGUIENTES MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO: ANÁLISIS MODAL
E = 30% E (transversal) + 100 % E (longitudinal) ========================================== E = 100% E(transversal) + 30% E (longitudinal) + 30 % (vertical) E = 30% E(transversal) + 100% E (longitudinal) + 30 % (vertical) E = 30% E(transversal) + 30% E (longitudinal) + 100 % (vertical)
ANÁLISIS MODAL
LA PARTICIPACIÓN DE CADA MODO NATURAL DE VIBRACIÓN EN LAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA ESTRUCTURA SE DEFINIRÁ CON BASE EN LAS ACELERACIONES ESPECTRALES DE DISEÑO REDUCIDAS
ANÁLISIS POR INTEGRACIÓN PASO A PASO
ANÁLISIS MODAL (cont) LAS RESPUESTAS MODALES S , (DONDE S , PUEDE SER FUERZA CORTANTE, FUERZA AXIAL, DESPLAZAMIENTO LATERAL, MOMENTO FLEXIONANTE, ETC.), SE COMBINARÁN PARA CALCULAR LAS RESPUESTAS TOTALES S DE ACUERDO CON LA EXPRESIÓN:
n
S
1/ 2
ANÁLISIS PASO A PASO
SI SE EMPLEA ESTE MÉTODO, PODRÁ ACUDIRSE A ACELEROGRAMAS DE TEMBLORES REALES O DE MOVIMIENTOS SIMULADOS, O COMBINADOS DE ÉSTOS. AL MENOS 4 HISTORIAS DE TEMBLORES SIMULADOS EN CADA DIRECCIÓN DE ANÁLISIS.
si2
i 1
9
ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL
LA CARGA GRAVITACIONAL ES CONSTANTE Y SE APLICAN CARGAS LATERALES MONÓTONAS CRECIENTES.
EFECTOS BIDIRECCIONALES
SE MIDE LA CAPACIDAD DE D ESPLAZAMIENTO DE UN PUENTE AL LLEGAR AL MECANISMO DE COLAPSO
CUALQUIERA QUE SEA EL MÉTODO DE ANÁLISIS DINÁMICO QUE SE EMPLEE, LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS HORIZONTALES DEL TERRENO EN DIRECCIONES ORTOGONALES, SE COMBINARÁN COMO SE ESPECIFICA EN RELACIÓN CON EL MÉTODO DE ANÁLISIS ESTÁTICO
LONGITUD DE APOYO
ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO ADEMÁS DEL CÁLCULO DE LAS LONGITUDES DE APOYO Y HOLGURAS PARA TENER EN CUENTA LOS EFECTOS POR CAMBIOS DE TEMPERATURA, FLUENCIA Y CONTRACCIÓN DEL CONCRETO, SE DEBEN CALCULAR LOS LONGITUDES DE APOYO PARA TOMAR EN CUENTA LOS EFECTOS DEL SISMO.
LA LONGITUD MÍNIMA DE APOYO D , EN MILÍMETROS, DE LAS TRABES O TABLEROS SOBRE LA SUBESTRUCTURA SE CALCULARÁ COMO SIGUE:
D 254 2.08 L 8.35 H
DONDE L ES: •
•
•
La longitud, en metros, entre dos apoyos adyacentes o la longitud entre el apoyo y la junta de expansión más cercana
DONDE H ES : •
•
o la suma de las longitudes a los lados de una articulación dentro de un claro •
La altura de la pila, en metros, cuando está formada por una o varias columnas La altura promedio de las columnas o pilas más cercanas, si se trata de una junta de expansión más cercana que soporta la superestructura, si se trata de un estribo H =0
para puentes de un solo tramo
10
M
EAt F R SF y L / r z
M
MOVIMIENTOS RELATIVOS
EAt F R SF yy L / r z
DISEÑO DE TOPES LATERALES FUERZA SÍSMICA ACTUANDO EN EL TOPE =
ADEMÁS DE LOS EFECTOS ANTERIORES, LOS PUENTES DEBEN SER DISEÑADOS PARA SOPORTAR LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS RELATIVOS OCASIONADOS POR LOS MISMOS MOVIMIENTOS SÍSMICOS O POR FALLAS DEL TERRENO Variabilidad espacial……..
( Carga muerta tributaria de la superestructura, correspondiente al tope en cuestión ) x ( aceleración del espectro de diseño correspondiente al periodo fundamental del puente )
Nota : la altura del tope debe ser tal que la fuerza sísmica actuando en el tope se aplique a 2/3 de la altura del mismo
INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA Como una aproximación a los efectos de la interacción suelo-estructura será valido incrementar el período fundamental de vibración y los desplazamientos calculados en el puente bajo la hipótesis de que éste se apoya rígidamente en su base
CIMENTACIONES Zapatas Pilotes Pilas coladas en sitio (pilastrones) Cilindros
Tipo y geometría de la cimentación Terreno o suelo
CIMENTACIONES CIRCULARES
CIMENTACIONES RECTANGULARES
TIPO DE MOVIMIENTO Traslación vertical
4GR/(1- )
Traslación horizontal
8GR/(2- )
Giro de torsión
16GR 3 /3
Giro de flexión
8GR3 /3(1- )
G = módulo de rigidez al corte del semi-espacio = módulo de Poisson del semi-espacio R = radio dela zapata
KR =
K
donde: = factor de forma = factor de desplante K = coeficiente de rigidez para una cimentación circular
11
CIMENTACIONES RECTANGULARES
CIMENTACIONES RECTANGULARES
X 9.0
3.0
2B
Z
) L A T N O Z I β R , 2.5 E O T H N Y A L L P A C S I E T R D E E V ( 2.0 D L R A O T N O C I A F C A L S N 1.5 A R T
Y
2L
1.20 TORSIÓN(EJEZ)
β
, A M R O F E D R O T C A F
) X
1.15
E L J E ( T A ) O E Y O N R I E J R I Z ) G R O ( I H O N X G Ó N C I Ó I Ó N I A C E C A C S L D I R R O T A N ( A L T R T I C E R N V Z ) C I Ó C I Ó N A L C N S I R E D L T R A ( N T A R I Z O N H O N Y ) C I Ó S LA I R E C C I Ó N A T R ( D
1.10
1.05
O L H A C N E R O E I C D A E T J O E R E O H S L C U
O L D A R E T I N U O Q Z I Z I R E O J H E E S U
8.0
β
7.0
A E N R O E I S D E O J T E E S U
6.0
O A L E R D T I C Q U I R V E E I Z J E E U S
4.0
L A N O I C A T O R Y L A N O I S R O T
5.0
3.0
2.0
1.0
1.0 0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1.0 1
2
3
4
RADIO EQUIVALENTE 1
RADIOS EQUIVALENTES
3
R0
Traslación Zapata rectangular
2 2B
D
4 BL
1/ 4
4 BL(4 B 2 4 L2 ) R3 6
Rotación Flexión alrededor de X
2L 3
1/ 4
(2 B)3 (4 L) 3
R2
Rotación
R
Flexión alrededor de X Zapata circular equivalente
2
2B
1/ 4
(2 B) (2 L)3 3
R1
Torsión
Radio equivalente
MODELOS PARA REPRESENTAR LA RIGIDEZ DE LA CIMENTACIÓN H
H
H
H
MODELOS DE RESORTES EN LA BASE M H
H K xx M K x
K x 4 x
K
x 1.- Poulos 2.- Blaney Sistema puentecimentación
equivalente
e quiva le nte
e quiv ale nte
3.- Kaynia 4.- Gómez
12
ESTRIBOS
Convencionales (cabezal, muro, aleros, diafragma); no monolíticos Cabezal sobre pilotes o pilas coladas en sitio Monolíticos
COMPORTAMIENTO INELÁSTICO
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
DISPOSISTIVOS REDUCTORES DE LA RESPUESTA SÍSMICA
CONTROL PASIVO
DISIPACIÓN DE ENERGÍA SÍSMICA
DISPOSITIVOS DE CONTROL PASIVO
DISPOSITIVOS DE CONTROL ACTIVO
Puentes – aislamiento sísmico
Disipadores de energía
SEAOC (1986)
Aisladores de base
AASHTO (1994)
Osciladores resonantes
AASHTO (2001)
13
AISLAMIENTO SÍSMICO
Mecanismo de respuesta de un puente con aisladores Desplazamiento relativo Posición desplazada
Objetivos:
Cb
Reducir las fuerzas sísmicas Reducir el daño
Kb
F
F1
Apoyo elastomérico con centro de plomo
K1 Kd
Fy KO
F1 Qd Ku
y
1
a) Núcleo de plomo
y
Fr
Kr
Elastómero
Plomo
y
Acero
c) Combinación plomo-elastómero
b) Apoyo elastomérico
Fuerza cortante
Incremento del núcleo plomo
Fuerza cortante
Incremento de las dimensiones del elastomero
Desplazamiento
Desplazamiento
Características fuerza-deflexión por variaciones en el diámetro del núcleo de plomo
Características fuerza-desplazamiento por variación de las dimensiones del elastómero
14
a z r e u F
a z r e u F
keff
Fp
keff
Fp
n
p n
Desplazamiento
p
Desplazamiento
Fn
Fn
Comportamiento Histeretico
Comportamiento Viscoelástico
Apoyo deslizantes Fe Respuesta del sistema elástico
a z r e u F
Superficie aislante Respuesta real
Fy
Respuesta idealizada
FD Dy
Distorsión
Dmax
Respuesta estructural del Sistema Inelástico
FILOSOFÍA DE DISEÑO
FACTOR DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO (R)
Fe
Apoyo aislado
A
D R
Dmax
Respuesta del sistema elástico
Pila inelástica
a z r e u F
D y
Respuesta real Apoyo aislado
B
Pila elástica
Fy
Respuesta idealizada
FD Dy
Distorsión
Dmax
Respuesta estructural típica de un sistema inelástico
15
AISLAMIENTO SÍSMICO Elementos básicos: Apoyo flexible Amortiguador o disipador de energía Alta rigidez para niveles de carga de servicio
..
x g 1 GL ..
.
..
m x c x kx m x g
MARCO BIDIMENSIONAL
Aceleración
Espectro de respuesta para diferentes niveles de amortiguamiento
Cambio de periodo
Curva idealizada del espectro de respuesta de aceleraciones
Aceleración
Periodo
Incremento de amortiguamiento Desplazamiento
Cambio de periodo
Curva idealizada del espectro de respuesta de desplazamientos Periodo
Periodo
Puente Infiernillo
AISLAMIENTO SISMICO •
•
•
•
•
•
•
•
Puente Infiernillo Longitud total: 515 m Ancho total : 18m 5 claros simplemente apoyados Longitud de las armaduras: 102 m Peso de cada armadura: 1500t Columnas de concreto Cimentación profunda (cilindros y pilotes)
16
ZONIFICACIÓN SÍSMICA DE MEXICO
AISLADOR SISMICO Superficies de contacto
Bloque movil de apoyo
Placa de reacción Caja guía
Disco de PTFE
Resorte MER Disco de Poliuretano
Perno de cortante Placa base
AISLADOR SISMICO Regulador de energía de masa Placa de reacción
Bloque de apoyo Placa de deslizamiento
Placa de mampostería
Superficie de TFE Trabe Placa de reacción
Aislador sísmico
17
Modelo bilineal de histéresis
AISLAMIENTO SÍSMICO
Fuerza (t)
Fmax+
Características del sistema: Kd
Fy Qd
Keff Ku
max-
y
Ku
k eff
Desplazamiento (mm)
F p F n p n
max+
EDC
b
1 AreaTotalE DC x 2 2 k eff d i )
Fmax-
AISLAMIENTO SÍSMICO Pruebas requeridas en el reglamento: 1. 2. 3.
Pruebas de caracterización del aislador Pruebas del prototipo Pruebas de control de calidad
Prueba de un aislador sísmico; carga lateral y vertical
Prueba de un aislador sísmico; carga lateral y vertical
18
Prueba combinada compresión y cortante. Aislador Sísmico
RESULTADOS DE LAS PRUEBAS COMBINADAS DE COMPRESIÓN Y CORTANTE DE 4 AISLADORES
) s p i K ( l a r e t a l a z r e u F
Aislador
EDC(kip-in)
KEFF(kips/in)
1
802.4
37.8
2
851.9
39.0
3
974.4
41.8
4
825.0
43.7
Promedio
863.4
40.6
Diseño: EDC=893 kip-in; k eff =42.1 kips/in; desp.=3.38in Desplazamiento lateral (pulgadas)
Respuesta carga-desplazamiento del aislador W = 375 t; EDC = 10200 t-mm; Kmer = 0.447 t/mm
Otras razones COSTO EXPERIENCIA DURABILIDAD POCO MANTENIMIENTO PRUEBAS DE LABORATORIO
MODELO MATEMÁTICO
MODELO MATEMÁTICO
Masa adherida
detalle
Ma = (
D2)/4
19
ESPECTRO DE DISEÑO Periódo del puente Sin aisladores
MOVIMIENTOS DEL TERRENO (registros sísmicos)
1.4
Elastic Spectrum 1.2
N O I T A R E L E C C A
Composite Spectrum for Isolated Bridge
1
) g (
- Proceso estocásticos no estacionario - Periódos de recurrencia de 100 y 200 años
0.8
Periódo del puente Con aisladores
0.6
0.4
Modos estructurales Con 5% amort.
0.2
Modos aislados
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
PERIOD (s )
1infier001
200 ) 150 l a g 100 ( n 50 ó i 0 c a r e -50 l e -100 c A -150
200 0
10
20
30
Time (s)
0
1infier003
00
00 0
10
20
Time (s)
300 0
30
10
) l a g ( n ó i c a r e l e c A
2 3
1
1.5
PERIOD (s)
2
2.5
0 100 200 300 10
3
1infierf001
Tr = 100 años
Longitud (s)
Aceleración máxima (gals)
29.14
72
327
ID
Longitud (s)
2infier001
25.42
20
30
Time (s)
1infier003
1 2 3
0
0.5
Aceleración máxima (gals)
Aceleración espectral Máxima (gals)
235
848
VERTICAL
1
1.5
PERIOD (s)
2
2.5
3
IMPT9701.111 N75E
) 300 l a g 200 ( N O 100 I T A 0 R E L -100 E C C -200 A
) 300 l a g 200 ( N O I 100 T A 0 R E L -100 E C C -200 A
-300
-300 0
20
40
60
80
0
100
20
40
IMPT9701.111
N75W
173
676
2infier002
23.96
174
610
24.90
143
406
2infier003
33.06
267
775
80
100
RESPONCES PECTRUM (5 %)
90 80
22.42
60
TIME(s)
TIME(s)
) l a 70 g ( N 60 O I T 50 A R E 40 L E 30 C C A 20
300
1infier002
30
Movimientos artificiales (cont.)
CARACTERÍSTICAS DE LOS REGISTROS ARTIFICIALES
ID
20
Time (s)
RESPONSE SPECTRUM (5 %)
1000
100
IMPT9701.111
Aceleración espectral máxima (gals)
10
) 800 l a g ( 600 n ó i c 400 a r e l e 200 c A 0
Movimientos artificiales
Tr = 50 años
0
30
200
0 0.5
20
Time (s)
2infier003
300
1
0
30
Time (s)
20
RESPONSE SPECTRUM (5 %)
000 ) 900 l a 800 g ( 700 n600 ó i c 500 a r 400 e l e 300 c A200 100 0
150 ) l a 100 g ( n 50 ó i 0 c a r -50 e l 100 e c A150
10
2infier002
300 ) l 200 a g ( 100 n ó i c 0 a r e100 l e c A200
) 00 l a g100 ( n ó 0 i c a r 100 e l e c 00 A 00
150
-200
2infier001
00
1infier002
200 ) l a150 g ( 100 n ó 50 i c a r 0 e l e-50 c c100 A
) l a 200 g ( N O 100 I T A 0 R E L E -100 C C A -200
VERTICAL N75E N15W
10 -300 0
20
40
60 TIME(s)
80
100
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
PERIOD(s)
Movimientos registrados
20
HISTORIAS DE DESPLAZAMIENTO EN NODOS DEL AISLADOR
ACELEROGRAMAS REGISTRADOS 0.025
ID
Dur. (s)
Fecha
I NM D8 50 9. 19 1 INMD9412.101 INMD9906.211 INMD9412.101 INMI9701.111 I NM I9 90 6. 211 I MP T9 70 1. 111 INPT9906.211
1 9/0 9/ 85 10/12/94 21/06/99 10/12/94 11/01/97 2 1 /0 6/ 99 1 1 /0 1/ 97 21/06/99
8 6. 73 55.79 57.24 76.71 93.02 7 6. 32 8 9. 11 72.44
Vert. . Spec. Acel. (gals)
Vert. . Acel. . (gals)
. E -W Acel. (gals)
N-S Acel. (gals)
8 3. 76 112.93 133.51 269.88 278.97 2 24 .8 4 1 90 .4 3 205.30
9 9. 63 211.50 140.83 376.59 334.00 4 38 .8 1 3 32 .6 2 249.75
14 2. 63 2 62 .0 4 173.22 358.97 221.04 470.14 541.20 1057.10 450.75 861.90 5 21 .6 6 2 2. 52 2 82 .3 7 5 0. 57 195.19 737.40
E-W Spec. Acel. (gals)
N-S Spec.. Acel. (gals)
4 1. 24 4 38 .5 3 694.82 642.11 444.14 690.92 1176.90 38.12 1400.50 1294.50 2 5. 79 3 9. 02 5 3. 79 8 1. 62 840.24 74.73
HISTORIAS DE FUERZAS CORTANTES AISLADOR SÍSMICO 80
) t ( e t n a t r o c a z r e u F
) m ( o t n e i m0 a z a l p s e D
Armadura Cabezal
0.025 0
5
10
15
) t ( E T N A T R O C
Cor Y
60
Cor X
70 50 30 10 -10 -30 -50 -70 -100
) t ( E T N A T R O C
-50
0
50
100
70 50 30 10 -10 -30 -50 -70 -100
-50
DESPLAZAMIENTO (mm)
) t ( E T N A T R O C
0 20 40
70 50 30 10 -10 -30 -50 -70 -100
) t ( E T N A T R O C
-50 0 50 DESPLAZAMIENTO (mm)
60 0
5
10
15
20
2
0
50
100
DESPLAZAMIENTO (mm)
40 20
20
Tiempo(s)
100
70 50 30 10 -10 -30 -50 -70 -100
-50 0 50 DESPLAZAMIENTO (mm)
100
4 Ciclos de histéresis (registros simulados) PILA
PILA 2
25
Tiempo (s)
70
70 50
50
) t 30 ( R10 A E-10 H S-30
) t 30 ( R10 A E-10 H S-30
-50
-50
-70
REACCIONES (ANÁLISIS MULTIMODAL)
-70
-100
-50
0
50
100
DISPLACEMENT (mm)
-100
-50
0
50
100
DISPLACEMENT (mm) 70
70 50
50
) t 30 ( R10 A E-10 H S-30
) 30 t ( R 10 A E-10 H S-30
-50
-50
-70
) t ( l 3500 a n 3000 i d u 2500 t i g 2000 n o L 1500 e t n 1000 a 500 t r o 0 C
SIN AISLADORES CON AISLADORES
2
3
4 PILA
5
) t ( 1400 l a1200 s r e1000 v s n 800 a r T 600 e t n 400 a t r 200 o C 0
SIN AISLADORES CON AISLADORES
2
3
4
5
PILA
-70
-100
-50
0
DISPLACEMENT (mm)
PILA 2
50
100
-100
-50
0
50
100
DISPLACEMENT (mm)
PILA 4
Ciclos de histéresis (movimientos registrados)
21
REACCIONES NORMALIZADAS (NO LINEAL, DINÁMICO)
HISTORIA DE DESPLAZAMIENTOS VERTICALES EN UN AISLADOR EN LA PILA 4 0.08 Aislador 9 Aislador 10 Aislador 11 Aislador 12
0.06 0.04 1 0.9 ) 0.8 t ( 0.7 e0.6 t n0.5 a t r 0.4 o C0.3 0.2 0.1 0
PILA 5 PILA 4 PILA 3 PILA 2 1 0 0 2
2 0 0 2
3 0 0 2
PILA 2
1 0 0 1
2 0 0 1
3 0 0 1
PILA 3
4 0 0 1
5 0 0 1
6 0 0 1
1 0 5
2 0 5
3 0 5
5 8 9 1 / 8 0 / 9 1
PILA 4
4 9 9 1 / 1 0 /
B
T eff 2
-0.06 -0.08
SISMO
2 1
PILA 5
0
20
40 Tiempo (s)
60
80
100
JUNTAS MODULARES
HOLGURAS
8 AS iT eff
) m 0.02 ( o t n 0 e i m a z -0.02 a l p s -0.04 e D
W k eff g
RESULTADOS (Puente Infiernillo ) Las fuerzas cortantes y momentos flexionantes disminuyen , comparados con los obtenidos de un análisis estático y modal espectral Los desplazamientos aumentan en más de 2 veces su magnitud, comparados con los obtenidos de un análisis estático o modal espectral
COMENTARIOS FINAL ES Los apoyos como los aquí mostrados son fácil de adaptar al diseño de puentes La disipación de energía se concentra en elementos especialmente diseñados para ello La respuesta del puente depende de las características del apoyo y del número y posición de los mismos Son de fácil mantenimiento
22
Puente Infiernillo
23