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11er Curso Internacional
Diseo Especializado de
Puentes
DISEO Y AISLAMIENTO SSMICO DE PUENTES
Roberto Gmez Martnez
INSTITUTO DE INGENIERA-UNAM
Sucre, Bolivia, 2009
PERSPECTIVA HISTRICA (1/2)
1931 (AASHO) Primer cdigo de diseo de
puentes
1941, 1943, 1944 y 1949 (AASHO) Cdigos para diseo de puentes
que slo hacen mencin a las
cargas ssmicas
1940 (CALTRANS) Primer cdigo de diseo de
puentes
1943 (CALTRANS) Ya se incluyen normas para
definicin de cargas ssmicas
1971 (SEAOC) Se definen fuerzas ssmicas mas
severas.
Espectro ARS
2PERSPECTIVA HISTRICA (2/2)
1982 (ATC-6) Gua para el diseo ssmico de
puentes
1983 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como una gua
1991 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como una
especificacin estndar
1992 (AASHTO) Incluyen ATC-6 como parte de las
especificaciones estndar
1996 (CFE) Manual de Obras Civiles.
Captulo de Diseo por Sismo.
Puentes
FILOSOFA DE DISEO SSMICO
AASHTO 1992 (ATC-6)
a).- Sismo de diseo-riesgo uniforme
b).- Nivel de diseo- sismo con la misma
probabilidad de excedencia en dife-
rentes regiones
**10% de probabilidad de excedencia en
50 aos (Tr = 500 aos)
** 15% de probabilidad de excedencia en
75 aos (Tr = 500 aos)
3FILOSOFA DE DISEO SSMICO
AASHTO 1992 (ATC-6)
Expectativas de comportamiento:
- Los sismos pequeos y moderados se debern
resistir en el rango de comportamiento elstico, sin
que se produzca dao significativo
- Los procedimientos de diseo debern utilizar
fuerzas e intensidades realistas de movimientos
ssmicos
- Bajo un sismo fuerte, no deber ocurrir el colapso
ni parcial ni total. De preferencia el dao que ocurra
deber ser fcilmente identificable y de fcil acceso
para ser reparado.
FILOSOFA DE DISEO SSMICO
AASHTO 1992 (ATC-6)
Conceptos bsicos para el diseo ssmico:
- Se debe minimizar el riesgo de prdidas humanas
- Se debe preservar el funcionamiento de los puentes
esenciales
- Los movimientos ssmico que se utilicen para el
diseo debern tener una baja probabilidad de ser
excedidos durante la vida til del puente
4FILOSOFAS ACTUALES DE DISEO
SSMICO (2009)
--- Estados lmite
--- Nivel de comportamiento
FILOSOFA DE NIVELES DE COMPORTAMIENTO
a).- Nivel de servicio
b).- Nivel de prevencin de colapso
5Asentamiento y agrietamiento en vas de acceso
DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR
SISMO
DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR
SISMO
6DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR
SISMO
Agrietamiento de pilotes y cabezales
DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR
SISMO
Agrietamiento de pilotes y cabezales
7Falla de elementos
diseados para
restringir movimientos
laterales
Falla de elementos
diseados para
restringir movimientos
laterales
8Falla de elementos
diseados para
restringir movimientos
laterales
DAOS EN PUENTES OCASIONADOS POR
SISMO (Mxico)
- Asentamiento y agrietamiento en los accesos.
- Asentamiento de pilotes.
- Agrietamiento en pilas.
- Agrietamiento de cabezales.
- Falla de elementos diseados para restringir
movimientos laterales.
9Kobe, Japn, 1995
ANALISIS SSMICO
Anlisis esttico
F= (fi)(fc)(fs)(fz) W
fi = factor de importancia.1.5fc = factor de comportamiento ssmico
fs = factor de tipo de terreno
fz = factor de zona
W = peso
10
ZONIFICACIN SSMICA DE MEXICO
ELECCIN DEL TIPO DE ANLISIS
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS
MTODO DE ANLISIS ESTTICO
MTODO DE ANLISIS DINMICO (modal y paso a
paso)
MTODO DE ANLISIS ESTTICO NO LINEAL
11
EL MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS SOLO ES APLICABLE A PUENTES REGULARES
LOS PUENTES QUE POSEAN UN CIERTO GRADO DE IRREGULARIDAD SE ANALIZARN CON EL MTODO ESTTICO
LOS PUENTES AN MS IRREGULARES Y LOS PUENTES ESPECIALES, SE ANALIZARN CON EL MTODO DINMICO
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS
SE APLICA EN PUENTES QUE CUMPLAN CON LOS
SIGUIENTES REQUISITOS:
a) QUE TENGAN DOS O MS CLAROS O TRAMOS.
b) QUE SEAN RECTOS Y QUE LA LONGITUD DE SUS
TRAMOS SEA MUY PARECIDA.
12
c) QUE SE PUEDA SUPONER QUE LOS MARCOS
DEL PUENTE TRABAJAN DE MANERA
INDEPENDIENTE, TANTO EN SENTIDO
LONGITUDINAL COMO TRANSVERSAL
d) QUE SUS CLAROS SEAN MENORES DE 40
METROS Y EL ANCHO DE LA CALZADA SEA
MENOR DE 30 METROS
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
MTODOLOGA:
1. SE ELIGE EL MARCO A DISEAR
2. SE OBTIENE LA MASA TRIBUTARIA CORRESPONDIENTE
3. SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL DEL MARCO EN EL SENTIDO DE ANLISIS (K)
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
13
Factores que
afectan la rigidez
lateral
Rigidez lateral relativa
Tipo de componente Muy flexible Muy rgida
Longitud total del
puente
Ancho total del
puente
Tipo de estructura
Continuidad
Geometra en
planta
Viga cajn continua
Viga T continua con
diafragmas
Viga T continua sin
diafragmas
Viga T simplemente
apoyada con diafragmas
Viga T simplemente
apoyada sin diafragmas
______
_____
_______
____
___
RIGIDEZ- SUPERESTRUCTURA
Superestructura
RIGIDEZ
SUPERESTRUCTURA
Carga puntual al centro del
claro:
Carga uniforme:
)1(
483
L
EIK s
)8.01(5
3843
L
EIK s
14
Factores que
afectan la rigidez
lateral
Rigidez lateral relativa
Tipo de componente Muy flexible Muy rgida
Dimensiones
fsicas
Tipo de apoyo
Propiedades de
los materiales
Placa deslizante con
topes laterales
Placa deslizante sin
topes laterales
Apoyo elastomrico
Llave de cortante
___
___
___________
___
RIGIDEZ EN
LOS APOYOSApoyos
RIGIDEZ EN
LOS APOYOS
Elastomrico:
Deslizante: Muy alta,
inicialmente, despus cero
Cazoleta: Muy alta
Gr: Mdulo de cortante del
elastmero
Ar: rea transversal del elastmero
Tr: Espesor total del elastmero
r
rr
T
AGK
15
Factores que
afectan la rigidez
lateral
Rigidez lateral relativa
Tipo de componente Muy flexible Muy rgida
Altura
Propiedades de la
seccin
Condiciones y tipo
de la estructura
Una columna
Varias columnas
Muro estructural
_______
__________
______
RIGIDEZ
SUBESTRUCTURASubestructura
RIGIDEZ
SUBESTRUCTURA
Una columna
Extremos empotrado-
empotrado:
Extremos empotrado-
articulado:
3
12
h
EIK c
3
3
h
EIK c
16
Varias columnas
Extremos empotrados-
empotrados:
Extremos empotrados-
articulados:
Muros
h: Altura de la columna o del muro
n: Nmero de columnas en cada
direccin
3
12
h
nEIK c
3
3
h
nEIK c
Notas
1. 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 est entre ambos casos, incluir el valor actual en el clculo para la rigidez lateral.
2. Si las columnas no estn empotradas ni articuladas, pero forman un marco, se usar la distribucin de momentos que se forma para el clculo de la rigidez.
3. Si la pila tiene el cabezal sobre pilotes o sobre un cilindro, la expresin de arriba puede ser usada con tal que h incluya la profundidad de desplante de los pilotes.
17
Factores que
afectan la rigidez
lateral
Rigidez lateral relativa
Tipo de componente Muy flexible Muy rgida
Profundidad
efectiva
Propiedades de
la seccin
Tipo de
estructura
Condiciones del
suelo
Zapata en suelo duro
o en roca
Pilotes inclinados
Pilotes verticales
Zapata corrida en
suelo blando
___
________
_________
_____
CIMENTACIN
Cimentacin
4. SE OBTIENE EL PERIODO FUNDAMENTAL DE
VIBRACIN
5. SE CALCULA EL VALOR DE c CORRESPONDIENTE
AL PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIN Y SE
DEFINE EL FACTOR DE DUCTILIDAD Q DEL
MARCO
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
gK
WT 2
18
Espectros de diseo para estructuras del
grupo B
Zona
ssmica
Tipo de
sueloao c Ta Tb r
A I
II
II
0.02
0.04
0.05
0.08
0.16
0.20
0.2
0.3
0.6
0.6
1.5
2.9
1/2
2/3
1
B I
II
III
0.04
0.08
0.10
0.14
0.30
0.36
0.2
0.3
0.6
0.6
1.5
2.9
1/2
2/3
1
C I
II
II
0.36
0.64
0.64
0.36
0.64
0.64
0.0
0.0
0.0
0.6
1.4
1.9
1/2
2/3
1
D I
II
III
0.50
0.86
0.86
0.50
0.86
0.86
0.0
0.0
0.0
0.6
1.2
1.7
1/2
2/3
1
ssmico eCoeficient
Exponente
segundosen inters, de natural Periodo
terrenodeln aceleraci de eCoeficient
si ;
si ;
si ;)(
c
r
T
a
TTT
Tca
TTTca
TTT
Tacaa
o
b
rb
ba
aa
oo
19
6. LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE
OBTIENE CON
DONDE W ES EL PESO DE LA MASA TRIBUTARIA
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
WQ
cE
KL = Rigidez en la direccin longitudinal
ML = Masa total de la superestructura
MODELO EQUIVALENTE PARA ANLISIS LONGITUDINAL
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
20
KT = Rigidez equivalente en la direccin transversal
MT = Masa equivalente de la superestructura en la
direccin transversal
MODELO EQUIVALENTE PARA ANLISIS TRANSVERSAL
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
IDEALIZACIN DEL PESO/MASA
MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS (cont.)
21
MTODO DE ANLISIS ESTTICO
ESTE MTODO SER APLICABLE AL ANLISIS
DE AQULLOS PUENTES QUE CUMPLAN CON
LOS SIGUIENTES REQUISITOS:
a) QUE TENGAN DOS O MS CLAROS O TRAMOS
b) QUE SEAN RECTOS O ALOJADOS EN CURVAS
HORIZONTALES DE POCO GRADO
c) QUE LA LONGITUD DE SUS TRAMOS SEA MUY PARECIDA
d) QUE LA FUERZA SSMICA SE DISTRIBUYA EN TODOS LOS MARCOS RESISTENTES
e) QUE LA RELACIN DE LA RIGIDEZ LINEAL DETODA LA SUPERESTRUCTURA Y LA RIGIDEZTRANSVERSAL DE LA SUPERESTRUCTURASEAN MENORES DE 120 METROS Y EL ANCHO DELA CALZADA NO SUPERE LOS 30 METROS
MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)
22
LA APLICACIN DE ESTE MTODO SE LLEVA A CABO DE LA SIGUIENTE MANERA:
1. SE APLICA UNA CARGA UNIFORME HORIZONTAL DE MAGNITUD UNITARIA, EN DIRECCIN PERPENDICULAR A LA SUPERESTRUCTURA
2. SE OBTIENEN LOS DESPLAZAMIENTOS Y ELEMENTOS MECNICOS RESULTANTES DE LA APLICACIN DE LA CARGA UNIFORME
MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)
MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)
23
MTODO 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 MXIMO DE UN CENTMETRO EN
LA ESTRUCTURA
4. SE CALCULA LA RIGIDEZ LINEAL TOTAL DE LA
ESTRUCTURA MULTIPLICANDO LA LONGITUD
POR EL NUEVO VALOR DE LA CARGA UNIFORME
MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)
24
5. SE CALCULA LA CARGA MUERTA TOTAL DE LA
ESTRUCTURA
6. SE DETERMINA EL PERODO NATURAL DE
VIBRACIN
7. SE CALCULA EL VALOR DE c
CORRESPONDIENTE AL PERIODO
FUNDAMENTAL DE VIBRACIN Y SE DEFINE EL
FACTOR DE DUCTILIDAD Q DE LA ESTRUCTURA
gK
WT 2
MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)
8. LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE E SE
OBTIENE CON:
DONDE W ES EL PESO DE LA CARGA MUERTA
TOTAL
9. LA FUERZA E SE TRANSFORMA EN UNA CARGA
UNIFORME EQUIVALENTE
WQ
cE
MTODO DE ANLISIS ESTTICO (cont.)
25
EFECTOS BIDIRECCIONALES
LOS EFECTOS DE AMBAS COMPONENTES
HORIZONTALES DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO
SE COMBINARN TOMANDO, EN CADA DIRECCIN
QUE SE ANALICE EL PUENTE, EL 100% DE LOS
EFECTOS DE LA COMPONENTE QUE OBRA EN ESA
DIRECCIN Y EL 30% DE LOS EFECTOS DE LA QUE
OBRA PERPENDICULARMENTE EN ELLA, CON LOS
SIGNOS QUE PARA CADA CONCEPTO RESULTEN
MS DESFAVORABLES
EFECTOS BIDIRECCIONALES
E = 100% E(transversal) + 30% E (longitudinal)
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)
26
MTODOS DE ANLISIS DINMICO
CUANDO NO SE SATISFAGAN LOS REQUISITOS
PARA APLICAR CUALQUIERA DE LOS MTODOS
DE ANLISIS ESTTICO, SE EMPLEARN LOS
SIGUIENTES MTODOS DE ANLISIS DINMICO:
ANLISIS MODAL
ANLISIS POR INTEGRACIN PASO A PASO
ANLISIS MODAL
LA PARTICIPACIN DE CADA MODO NATURAL DE
VIBRACIN EN LAS FUERZAS QUE ACTAN SOBRE
LA ESTRUCTURA SE DEFINIR CON BASE EN LAS
ACELERACIONES ESPECTRALES DE DISEO
REDUCIDAS
27
LAS RESPUESTAS MODALES S, (DONDE S, PUEDE
SER FUERZA CORTANTE, FUERZA AXIAL,
DESPLAZAMIENTO LATERAL, MOMENTO
FLEXIONANTE, ETC.), SE COMBINARN PARA
CALCULAR LAS RESPUESTAS TOTALES S DE
ACUERDO CON LA EXPRESIN:
2/1
1
2
n
i
isS
ANLISIS MODAL (cont)
ANLISIS PASO A PASO
SI SE EMPLEA ESTE MTODO, PODR ACUDIRSE A
ACELEROGRAMAS DE TEMBLORES REALES O DE
MOVIMIENTOS SIMULADOS, O COMBINADOS DE
STOS.
AL MENOS 4 HISTORIAS DE TEMBLORES SIMULADOS
EN CADA DIRECCIN DE ANLISIS.
28
ANLISIS ESTTICO NO LINEAL
LA CARGA GRAVITACIONAL ES CONSTANTE Y SE
APLICAN CARGAS LATERALES MONTONAS
CRECIENTES.
SE MIDE LA CAPACIDAD DE D ESPLAZAMIENTO DE
UN PUENTE AL LLEGAR AL MECANISMO DE
COLAPSO
EFECTOS BIDIRECCIONALES
CUALQUIERA QUE SEA EL MTODO DE ANLISIS DINMICO QUE SE EMPLEE, LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS HORIZONTALES DEL TERRENO EN DIRECCIONES ORTOGONALES, SE COMBINARN COMO SE ESPECIFICA EN RELACIN CON EL MTODO DE ANLISIS ESTTICO
29
ESTADOS LMITE DE SERVICIO
ADEMS DEL CLCULO DE LAS LONGITUDES DE
APOYO Y HOLGURAS PARA TENER EN CUENTA LOS
EFECTOS POR CAMBIOS DE TEMPERATURA,
FLUENCIA Y CONTRACCIN DEL CONCRETO, SE
DEBEN CALCULAR LOS LONGITUDES DE APOYO
PARA TOMAR EN CUENTA LOS EFECTOS DEL SISMO.
LONGITUD DE APOYO
LA LONGITUD MNIMA DE APOYO D, EN MILMETROS,
DE LAS TRABES O TABLEROS SOBRE LA
SUBESTRUCTURA SE CALCULAR COMO SIGUE:
HLD 35.808.2254
30
DONDE L ES:
La longitud, en metros, entre dos apoyos adyacentes
o la longitud entre el apoyo y la junta de expansin
ms cercana
o la suma de las longitudes a los lados de una
articulacin dentro de un claro
DONDE H ES :
La altura de la pila, en metros, cuando est formada
por una o varias columnas
La altura promedio de las columnas o pilas ms
cercanas, si se trata de una junta de expansin ms
cercana que soporta la superestructura, si se trata
de un estribo
H=0 para puentes de un solo tramo
31
MOVIMIENTOS RELATIVOS
ADEMS DE LOS EFECTOS ANTERIORES, LOS
PUENTES DEBEN SER DISEADOS PARA SOPORTAR
LOS EFECTOS DE MOVIMIENTOS RELATIVOS
OCASIONADOS POR LOS MISMOS MOVIMIENTOS
SSMICOS O POR FALLAS DEL TERRENO
Variabilidad espacial..
yR
z
SFFrL
EAtM
/
DISEO DE TOPES LATERALES
yR
z
SFFrL
EAtM
/yR
z
SFFrL
EAtM
/yR
z
SFFrL
EAtM
/
FUERZA SSMICA ACTUANDO EN EL TOPE =
( Carga muerta tributaria de la superestructura, correspondiente
al tope en cuestin )
x
( aceleracin del espectro de diseo correspondiente al periodo
fundamental del puente )
Nota : la altura del tope debe ser tal que la fuerza ssmica
actuando en el tope se aplique a 2/3 de la altura del mismo
32
INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA
Como una aproximacin a los efectos de la
interaccin suelo-estructura ser valido incrementar el
perodo fundamental de vibracin y los
desplazamientos calculados en el puente bajo la
hiptesis de que ste se apoya rgidamente en su base
Tipo y geometra de la cimentacin
Terreno o suelo
CIMENTACIONES
Zapatas
Pilotes
Pilas coladas en sitio (pilastrones)
Cilindros
33
CIMENTACIONES CIRCULARES
TIPO DE MOVIMIENTO
Traslacin vertical 4GR/(1-n)
Traslacin horizontal 8GR/(2-n)
Giro de torsin 16GR3/3
Giro de flexin 8GR3/3(1-n)
G = mdulo de rigidez al corte del semi-espacio
n = mdulo de Poisson del semi-espacioR = radio de la zapata
CIMENTACIONES RECTANGULARES
KR = b K
donde:
= factor de forma
b = factor de desplante
K = coeficiente de rigidez para una cimentacin circular
34
CIMENTACIONES RECTANGULARES
1 2 3 4
1.10
1.05
1.0
FA
CT
OR
D
E
FO
RM
A, 1.15
1.20
Y
X
2B
2L
TRAN
SLAC
IN
HORI
ZONT
AL
(DIR
ECCI
N
X)
TORSIN (EJE Z)
ROTA
CIN
TRANSL
ACIN
HORIZ
ONTAL
(DIRECC
IN Y)
TRAN
SLAC
IN V
ERTIC
AL
(DIRE
CCIN
Z)
GIRO
(EJE
Y)
GIR
O (EJE
X)
Z
CIMENTACIONES RECTANGULARES
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
9.0
FA
CT
OR
DE
DE
SP
LA
NT
E,
T
RA
NS
LA
CIO
NA
L (
VE
RT
ICA
L Y
HO
RIZ
ON
TA
L)
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
TO
RS
ION
AL
Y R
OT
AC
ION
AL
HO
RIZ
ON
TA
L
US
E E
JE
IZQ
UIE
RD
O
RO
TA
CIO
NA
L
US
E E
JE
DE
RE
CH
O
TO
SIO
NA
L
US
E E
JE
DE
RE
CH
O
VERT
ICAL
USE
EJE
IZQ
UIER
DO
35
Zapata
rectangular
Zapata
circular
equivalente
Radio equivalente
2L
2BD
13
2
R
3
22B
RADIO EQUIVALENTE
BLR
40
4/122
36
)44(4
LBBLR
4/13
23
)4()2(
LBR
4/13
13
)2()2(
LBR
RADIOS EQUIVALENTES
Traslacin
Rotacin
Flexin alrededor de X
Rotacin
Flexin alrededor de X
Torsin
36
equivalenteequivalente equivalente
Sistema
puente-
cimentacin
MODELOS PARA REPRESENTAR LA
RIGIDEZ DE LA CIMENTACIN
H H HH
x
M
H 4
K K
K K
x
xxx
H
M
x
1.- Poulos
2.- Blaney
3.- Kaynia
4.- Gmez
MODELOS DE RESORTES EN LA BASE
37
ESTRIBOS
Convencionales (cabezal, muro, aleros, diafragma); no
monolticos
Cabezal sobre pilotes o pilas coladas en sitio
Monolticos
38
COMPORTAMIENTO INELSTICO
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
DISPOSISTIVOS REDUCTORES DE LA RESPUESTA SSMICA
DISIPACIN DE ENERGA
SSMICA
DISPOSITIVOS DE
CONTROL PASIVO
DISPOSITIVOS DE
CONTROL ACTIVO
39
CONTROL PASIVO
Disipadores de energa
Aisladores de base
Osciladores resonantes
Puentes aislamiento ssmico
SEAOC (1986)
AASHTO (1994)
AASHTO (2001)
40
Objetivos:
Reducir las fuerzas ssmicas
Reducir el dao
AISLAMIENTO SSMICO
Mecanismo de respuesta de un puente con aisladores
Desplazamiento relativo
Posicin desplazada
Cb
Kb
41
Apoyo elastomrico con centro de plomo
AceroPlomoElastmero
Fy
F1
Fr
F
F1
K1
KO
Kr
Kd
Ku
y
y1
y
Qd
a) Ncleo de plomo
b) Apoyo elastomrico
c) Combinacin
plomo-elastmero
Diagramas idealizados fuerza-desplazamiento
42
Fuerza
cortante
Desplazamiento
Incremento
del ncleo
plomo
Caractersticas fuerza-deflexin por variaciones
en el dimetro del ncleo de plomo
Fuerza
cortante
Desplazamiento
Incremento de
las dimensiones
del elastomero
Caractersticas fuerza-desplazamiento por
variacin de las dimensiones del elastmero
43
Fu
erz
a
Desplazamiento
Comportamiento
Histeretico
n
Fn
Fp
p
keff
Fu
erz
a
Desplazamiento
Comportamiento Viscoelstico
n
Fn
Fp
p
keff
44
Fy
FD
DistorsinDy Dmax
Respuesta
idealizada
Respuesta real
Respuesta del
sistema elstico
Fe
Respuesta estructural del Sistema Inelstico
Fu
erz
a
Apoyo deslizantes
Superficie aislante
45
FILOSOFA DE DISEO
Apoyo
aislado
Pila inelstica
Pila elstica
A
B
Apoyo
aislado
Fy
FD
DistorsinDy Dmax
Respuesta
idealizada
Respuesta real
Respuesta del
sistema elstico
Fe
Respuesta estructural tpica de un sistema inelstico
Fu
erz
a
FACTOR DE COMPORTAMIENTO SSMICO (R)
y
DD
DR max
46
Elementos bsicos:
Apoyo flexible
Amortiguador o disipador de energa
Alta rigidez para niveles de carga de servicio
AISLAMIENTO SSMICO
1 GL
gxmkxxcxm.....
MARCO BIDIMENSIONAL
gx..
47
Espectro de respuesta para diferentes niveles de amortiguamiento
Aceleracin
Periodo
Incremento de amortiguamiento
Aceleracin
Desplazamiento
Periodo
Periodo
Curva idealizada del
espectro de respuesta
de aceleraciones
Curva idealizada del
espectro de respuesta de
desplazamientos
Cambio de periodo
Cambio de periodo
48
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
Cimentacin profunda
(cilindros y pilotes)
Puente Infiernillo
49
ZONIFICACIN SSMICA DE MEXICO
50
Perno de
cortante
Bloque movil
de apoyo
Placa base
Disco de
Poliuretano
Resorte MER
Caja gua
Placa de reaccin
Disco de PTFE
Superficies de
contacto
AISLADOR SISMICO
51
Trabe
Superficie de TFE
Placa de deslizamiento
Placa de reaccin
Bloque de apoyo
Placa de reaccinPlaca de mampostera
Regulador de energa de masa
AISLADOR SISMICO
Aislador ssmico
52
Modelo bilineal de histresis
EDC
max-
Qd
Fy
Fmax+
-Fmax
y max+
Ku
Kd
Keff Ku
Desplazamiento
(mm)
Fuerza
(t)
AISLAMIENTO SSMICO
Caractersticas del sistema:
np
np
eff
FFk
)2
12
ieff dk
DCAreaTotalEx
b
53
AISLAMIENTO SSMICO
Pruebas requeridas en el reglamento:
1. Pruebas de caracterizacin del aislador
2. Pruebas del prototipo
3. Pruebas de control de calidad
Pruebas de laboratorio, MCEER, Universidad Estatal de
New York
54
Prueba de un aislador ssmico; carga lateral y vertical
Prueba de un aislador ssmico; carga lateral y vertical
55
Prueba combinada compresin y cortante.
Aislador SsmicoF
uerz
ala
tera
l (K
ips)
Desplazamiento lateral (pulgadas)
RESULTADOS DE LAS PRUEBAS COMBINADAS DE
COMPRESIN Y CORTANTE DE 4 AISLADORES
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
Diseo: EDC=893 kip-in; keff=42.1 kips/in; desp.=3.38in
56
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
57
MODELO MATEMTICO
detalle
Masa adherida
Ma = (r p D2)/4
MODELO MATEMTICO
58
ESPECTRO DE DISEO
Elastic Spectrum
Composite Spectrum
for Isolated Bridge
Perido del puente
Sin aisladores
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
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)
AC
CE
LE
RA
TIO
N (
g)
Perido del puente
Con aisladores
Modos estructurales
Con 5% amort. Modos aislados
MOVIMIENTOS DEL TERRENO
(registros ssmicos)
- Proceso estocsticos no
estacionario
- Peridos de recurrencia de 100 y
200 aos
59
1infier001
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 10 20 30Time (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
1infier002
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 10 20 30Time (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
1infier003
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 10 20 30Time (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
RESPONSE SPECTRUM (5 %)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3PERIOD (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
1
2
3
Movimientos artificiales
Acele
raci
n(g
al)
Accele
raci
n(g
al)
Acele
raci
n (
gal)
Acele
raci
n(g
al)
2infier001
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 10 20 30Time (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
2infier002
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 10 20 30Time (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
2infier003
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 10 20 30Time (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
RESPONSE SPECTRUM (5 %)
0
200
400
600
800
1000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3PERIOD (s)
Ac
ele
rati
on
(c
m/s
2)
1
2
3
Movimientos artificiales (cont.)
Acele
raci
n(g
al)
Acele
raci
n(g
al)
Acele
raci
n(g
al)
Acele
raci
n(g
al)
60
CARACTERSTICAS DE LOS REGISTROS ARTIFICIALES
Tr = 50 aos Tr = 100 aos
IDLongitud
(s)
Aceleracin
mxima
(gals)
Aceleracin
espectral
mxima
(gals)
IDLongitud
(s)
Aceleracin
mxima
(gals)
Aceleracin
espectral
Mxima
(gals)
1infierf001 29.14 72 327 2infier001 25.42 235 848
1infier002 22.42 173 676 2infier002 23.96 174 610
1infier003 24.90 143 406 2infier003 33.06 267 775
Movimientos registrados
RESPONCE SPECTRUM (5 %)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
PERIOD (s)
AC
CE
LE
RA
TIO
N (
ga
l)
VERTICAL
N75E
N15W
IMPT9701.111 VERTICAL
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 20 40 60 80 100
TIME (s)
AC
CE
LE
RA
TIO
N (
ga
l)
IMPT9701.111 N75E
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 20 40 60 80 100
TIME (s)
AC
CE
LE
RA
TIO
N (
ga
l)
IMPT9701.111 N75W
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 20 40 60 80 100
TIME (s)
AC
CE
LE
RA
TIO
N (
gal)
61
ACELEROGRAMAS REGISTRADOS
ID FechaDur.
(s)
Vert..
Acel..
(gals)
E-W.Acel.
(gals)
N - S
Acel.
(gals)
Vert..
Spec.
Acel.
(gals)
E - W
Spec.
Acel.
(gals)
N - S
Spec..
Acel.
(gals)
INMD8509.191 19/09/85 86.73 83.76 99.63 142.63 262.04 41.24 438.53
INMD9412.101 10/12/94 55.79 112.93 211.50 173.22 358.97 694.82 642.11
INMD9906.211 21/06/99 57.24 133.51 140.83 221.04 470.14 444.14 690.92
INMD9412.101 10/12/94 76.71 269.88 376.59 541.20 1057.10 1176.90 38.12
INMI9701.111 11/01/97 93.02 278.97 334.00 450.75 861.90 1400.50 1294.50
INMI9906.211 21/06/99 76.32 224.84 438.81 521.66 22.52 25.79 39.02
IMPT9701.111 11/01/97 89.11 190.43 332.62 282.37 50.57 53.79 81.62
INPT9906.211 21/06/99 72.44 205.30 249.75 195.19 737.40 840.24 74.73
HISTORIAS DE DESPLAZAMIENTO
EN NODOS DEL AISLADOR
-0.025
0
0.025
0 5 10 15 20 25Tiempo (s)
De
sp
laza
mie
nto
(m
)
Armadura
Cabezal
Tiempo(s)
Desp
lazam
ien
to (m
)
62
HISTORIAS DE FUERZAS CORTANTES
AISLADOR SSMICO
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 5 10 15 20 25Tiempo (s)
Desp
lazam
ien
to (
m)
Cor Y
Cor X
Tiempo (s)
Fu
erz
aco
rtan
te (
t)
Ciclos de histresis (registros simulados)
PILA 2 PILA 4
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DESPLAZAMIENTO (mm)
CO
RTA
NT
E (
t)
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DESPLAZAMIENTO (mm)
CO
RTA
NT
E (
t)
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DESPLAZAMIENTO (mm)
CO
RTA
NT
E (
t)
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DESPLAZAMIENTO (mm)
CO
RTA
NT
E (
t)
63
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DISPLACEMENT (mm)
SH
EA
R (
t)
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DISPLACEMENT (mm)
SH
EA
R (
t)
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DISPLACEMENT (mm)S
HE
AR
(t)
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
-100 -50 0 50 100
DISPLACEMENT (mm)
SH
EA
R (
t)
Ciclos de histresis (movimientos registrados)
PILA 2 PILA 4
REACCIONES (ANLISIS MULTIMODAL)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
2 3 4 5
PILA
Co
rtan
te L
on
git
ud
inal (t
)
SIN AISLADORES
CON AISLADORES
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2 3 4 5
PILA
Co
rtan
te T
ran
sv
ers
al (t
) SIN AISLADORESCON AISLADORES
64
REACCIONES NORMALIZADAS (NO LINEAL, DINMICO)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Co
rtan
te (t)
20
0-1
20
0-2
20
0-3
10
0-1
10
0-2
10
0-3
10
0-4
10
0-5
10
0-6
50
-1
50
-2
50
-3
19
/08
/19
85
12
/01
/19
94
PILA 2
PILA 3
PILA 4
PILA 5
SISMO
PILA 2 PILA 3 PILA 4 PILA 5
HISTORIA DE DESPLAZAMIENTOS VERTICALES EN
UN AISLADOR EN LA PILA 4
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0 20 40 60 80 100
Tiempo (s)
Desp
lazam
ien
to (
m)
Aislador 9
Aislador 10
Aislador 11
Aislador 12
65
HOLGURAS
B
TAS effi8
g
W2
effkTeff
JUNTAS MODULARES
66
RESULTADOS
(Puente Infiernillo)
Las fuerzas cortantes y momentos flexionantes
disminuyen , comparados con los obtenidos de un
anlisis esttico y modal espectral
Los desplazamientos aumentan en ms de 2 veces su
magnitud, comparados con los obtenidos de un anlisis
esttico o modal espectral
COMENTARIOS FINALES
Los apoyos como los aqu mostrados son fcil de
adaptar al diseo de puentes
La disipacin de energa se concentra en elementos
especialmente diseados para ello
La respuesta del puente depende de las caractersticas
del apoyo y del nmero y posicin de los mismos
Son de fcil mantenimiento
67
Puente Infiernillo
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