NCSP 2007

serie normativas

Norma de ConstruccinSismorresistente:Puentes (NCSP-07)

Con comentarios de la SubcomisinPermanente de Normas Sismorresistentes

NCSP-07

2008

GOBIERNODE ESPAA

MINISTERIODE FOMENTO

SUBSECRETARA

DIRECCIN GENERAL DELINSTITUTO GEOGRFICONACIONAL

Catlogo general de publicaciones oficiales: http://www.060.es Tienda virtual de publicaciones del Ministerio de Fomento: www.fomento.es Edita: Centro de Publicaciones Secretara General Tcnica Ministerio de Fomento NIPO: En tramitacin

REAL DECRETO 637/2007, de 18 de mayo, por el que se aprueba la Norma deConstruccin Sismorresistente: Puentes (NCSP-07)

El Real Decreto 997/2002, de 22 de septiembre, aprueba la Norma de Construccin Sis-morresistente: Parte General y Edificacin (NCSE-02).

En su artculo 2 se establece su mbito de aplicacin, que se extiende a todos los pro-yectos de obras de construccin relativos a edificacin, y, en lo que corresponda, a los demstipos de construcciones, en tanto no se aprueben para los mismos normas o disposicioneslegales especficas con prescripciones de contenido sismorresistente.

En la actualidad, no existen prescripciones sismorresistentes especficas para otros tiposde construcciones, por lo que la NCSE-02 es de aplicacin para la consideracin de la accinssmica en el proyecto de todo tipo de obras, y no solo en las de edificacin.

En la citada Norma, determinadas prescripciones especficas se refieren a edificacin,y el contenido de algunos aspectos relativos a clculo, elementos estructurales, reglas dediseo y definicin del espectro de respuesta elstica, prcticamente atienden con carcterexclusivo a edificacin.

No obstante, la NCSE-02 y, en particular, los valores de la aceleracin ssmica bsica yde los correspondientes coeficientes de contribucin, ambos prescritos para los municipiosque se incluyen en ella, constituyen, desde la aprobacin de la Norma, la referencia para elproyecto de puentes.

Sin embargo, desde un punto de vista ssmico, en el proyecto de puentes debentomarse en consideracin determinadas caractersticas especificas de los mismos: fre-cuencia de vibraciones, proceso constructivo, respuesta estructural, vida til, etc., aspectosque no se tratan en la NCSE-02 con el grado de detalle con el que se desarrolla para edi-ficacin.

Adicionalmente, debe tenerse en cuenta que los puentes, tanto de carretera como deferrocarril, constituye elementos esenciales de la infraestructuras de transporte y, en conse-cuencia, su comportamiento ante fenmenos ssmicos deben ser tal que evite, en casos deterremotos de intensidad elevada, consecuencias graves para la seguridad y salud de las per-sonas; prdidas econmicas y propicie la conservacin de un servicio bsico, como es el detransporte, en casos de terremotos de intensidad elevada.

Las consideraciones expuestas, junto a la experiencia adquirida en la aplicacin de laNCSE-02, la existencia de una nueva normativa tcnica internacional y europea, y la evolu-cin experimentada en el conocimiento del comportamiento de puentes ante fenmenos ss-micos, han motivado que los servicios tcnicos de la Secretara General de Infraestructurasdel Ministerio de Fomento elaborasen, en el marco general de la NCSE-02, un proyecto denorma de construccin sismorresistente relativo a puentes.

La Comisin Permanente de Normas Sismorresistentes, creada por Decreto 3209/1974,de 30 de agosto, ha estudiado el citado proyecto y ha considerado oportuno, de conformidadcon las funciones que se atribuyen a dicho rgano en el artculo 2 del Real Decreto 518/1984,de 22 de febrero, por el se reorganiza su composicin, proponer la aprobacin de una nor-ma de construccin sismorresistente relativa a puentes, y que constituye el objeto de estadisposicin.

Este real decreto ha sido sometido a los trmites establecidos en el Real Decreto1337/1999, de 31 de julio, por el que se regula la remisin de informacin en materia de nor-mas y reglamentaciones tcnicas y reglamentos relativos a la sociedad de la informacin, yen la Directiva 98/34/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 22 de junio, modificadapor la Directiva 98/48/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 20 de julio.

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00 PUENTES NCSP-07 22/01/2008 14:20 Pgina 3

En su virtud, a propuesta de la Ministra de Fomento, y previa deliberacin del Consejode Ministros, en su reunin del da 18 de mayo de 2007,

DISPONGO:

Artculo 1. Aprobacin de la Norma de Construccin Sismorresistente:Puentes (NCSP-07).

Se aprueba la Norma de Construccin Sismorresistente: Puentes (NCSP-07), que seinserta a continuacin.

Artculo 2. mbito de aplicacin.El mbito de aplicacin de la Norma de Construccin Sismorresistente: Puentes (NCSP-

07), se extiende a todos los proyectos y obras de nueva construccin de puentes que formenparte de la red de carreteras del Estado o de la red ferroviaria de inters general.

Artculo 3. Aplicacin a proyectos y obras.

Los proyectos de nueva construccin de puentes para los que se hubiese dictado lacorrespondiente orden de estudio, con anterioridad a la entrada en vigor de este real decre-to, as como las obras que se realicen en desarrollo de los mismos, se regirn por la Normade Construccin Sismorresistente: Parte General y Edificacin (NCSE-02).

Disposicin derogatoria nica. Derogacin normativa.

Quedan derogados los apartados 3.2.4.2. Acciones ssmicas y 4.1.2.b) Situacionesaccidentales de sismo de la Instruccin sobre las acciones a considerar en el proyecto depuentes de carretera, aprobada por orden de 12 de febrero de 1998 del Ministro de Fomen-to, y cuantas disposiciones de igual o inferior rango se opongan, en el mbito de aplicacinestablecido en el Articulo 2 anterior, a lo establecido en este real decreto.

Disposicin final primera. Habilitacin competencial.

Este real decreto se dicta al amparo de lo dispuesto en las reglas 21. y 24. del art-culo 149.1 de la Constitucin, que atribuye al Estado la competencia en materia de ferro-carriles que transcurra por ms de una comunidad autnoma y obras pblicas de intersgeneral.

Disposicin final segunda. Facultad de desarrollo.

Se faculta al Ministro de Fomento para dictar, en el mbito de sus competencias, las dis-posiciones necesarias para el desarrollo y la aplicacin de lo dispuesto en este real decreto.

Disposicin final tercera. Entrada en vigor.

El presente Real Decreto entrar en vigor el da siguiente al de su publicacin en elBoletn Oficial del Estado.

Dado en Madrid, el 18 de mayo de 2007.

JUAN CARLOS R.

La Ministra de Fomento,MAGDALENA LVAREZ ARZA

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1.1. Objeto

Dentro del marco establecido por la Norma de Construccin Sismorresistente: Partegeneral y edificacin, esta Parte de la Norma contiene los criterios especficos que han detenerse en cuenta dentro del territorio espaol para la consideracin de la accin ssmica enel proyecto de los puentes de carretera y de ferrocarril.

1.2. mbito de aplicacin y consideraciones previas

Esta norma es de aplicacin a aquellos puentes en que las acciones horizontales sonresistidas bsicamente por los estribos o mediante flexin de las pilas, es decir, puentes for-mados por tableros que se sustentan en pilas verticales o casi verticales. Es tambin de apli-cacin al proyecto ssmico de puentes en arco o atirantados, aunque este tipo de puentes noest tratado en toda su extensin.

No estn incluidos en el mbito de aplicacin de esta Norma los puentes colgantes,mviles o flotantes. Tampoco lo estn aquellos puentes proyectados con configuracionesextremas, ni los puentes constituidos por materiales distintos del acero y el hormign.

En los casos excluidos, deben adoptarse mtodos suficientemente conservadores basa-dos principalmente en principios de proyecto segn capacidad, con objeto de cubrir las pecu-liaridades de cada caso y evitar la aparicin de modos de rotura frgil.

El proyectista podr adoptar, bajo su responsabilidad, criterios distintos a los que seestablecen en esta Norma, siempre que el nivel de seguridad y de servicio de la construccinno sea inferior al aqu fijado, debindolo reflejar en el proyecto.

No podr efectuarse ninguna modificacin estructural en los puentes durante su cons-truccin ni durante su vida en servicio si no se justifica adecuadamente y se efectan las com-probaciones pertinentes. Debido a la naturaleza particular de la respuesta ssmica de lasestructuras, esta consideracin es de aplicacin incluso al caso de las modificaciones queden lugar a un incremento de la resistencia estructural de algn elemento.

La consecucin de los objetivos de esta Norma est condicionada por la realizacin deuna ejecucin y conservacin adecuadas.

1.3. Referencias normativas

El presente documento constituye la Parte 2 de la Norma de Construccin Sismorresis-tente. Su contenido es, por tanto, coherente con las prescripciones de ndole general inclui-

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CAPTULO IINTRODUCCIN


das en la Parte general y edificacin. En esta Parte de puentes, se han reproducido los art-culos o apartados de la Parte general que son necesarios para la aplicacin del resto deldocumento, los cuales quedarn automticamente modificados cuando as lo sean en la Par-te general.

Adems, esta Parte contiene referencias a otros documentos normativos del mbito delos puentes, bien relativos a la definicin de las acciones, o bien relativos a los criterios declculo especficos de cada material.

1.4. Contenido

Este documento est organizado en ocho captulos y seis anejos, cuyo contenido se indi-ca a continuacin.

En el captulo 2, se establecen los requisitos fundamentales que deben cumplir los puen-tes bajo la accin del sismo y se plantean los conceptos bsicos que se van a desarrollar enel resto del documento, especialmente en lo que se refiere a los diferentes tipos de compor-tamiento estructural durante el sismo y a las exigencias que corresponden a cada tipo decomportamiento.

El captulo 3 trata de la caracterizacin de la accin ssmica, haciendo hincapi en losaspectos especficos del tratamiento de esta accin en el caso de obras de desarrollo lineal.

En el captulo 4, se describen los distintos mtodos de clculo para evaluar los efectosde la accin ssmica en los puentes, especificndose las condiciones de aplicacin de cadauno de ellos.

El captulo 5 establece la metodologa de la comprobacin de la capacidad resistente delas secciones y elementos estructurales, que ser diferente en funcin de determinados cri-terios de proyecto que deben ser adoptados en la fase conceptual del proyecto ssmico delpuente. La adopcin de esos criterios lleva aparejado tambin un conjunto de requisitos encuanto a dimensiones y disposicin de armaduras, que es el objeto del captulo 6, y otrasverificaciones relativas a movimientos en juntas, longitudes de entrega, comportamiento deapoyos y conectores ssmicos, etc., recogidas en el captulo 7.

Por ltimo, el captulo 8 contiene una serie de consideraciones y criterios geotcnicos yestructurales sobre los elementos de cimentacin y los estribos.

El documento consta tambin de varios anejos en los que se desarrollan aspectos espe-cficos complementarios del articulado.

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Comentarios

C.1.1. ObjetoC.1.2. mbito de aplicacin y consideraciones

previas

C.1.3. Referencias normativas

Las prescripciones de ndole general a las que sehace referencia en el texto son las siguientes:

Clasificacin de las construcciones (1.2.2,NCSE-02).

Criterios de aplicacin de la Norma (1.2.3,NCSE-02).

Cumplimiento de la Norma (1.3, NCSE-02). Mapa de peligrosidad ssmica. Aceleracin

ssmica bsica (2.1, NCSE-02). Aceleracin ssmica de clculo (2.2, NCSE-

02).C.1.4. Contenido


2.1. Requisitos fundamentales

Los criterios recogidos en la presente Norma tienen como objetivo lograr que los puen-tes situados en zona ssmica cumplan los requisitos siguientes, cada uno con un grado defiabilidad aceptable:

A) Ausencia de colapso para el sismo ltimo de clculo. El puente soportar el sismoltimo de clculo, definido en el apartado 2.2.2, sin que se produzca colapso, localo global. Es decir, despus de que ocurra un evento ssmico de estas caractersti-cas, el puente mantendr su configuracin y una capacidad resistente residual sufi-ciente para permitir el trfico de emergencia, aunque los daos producidos podrnser importantes en determinadas partes de la estructura.En los puentes cuyo procedimiento constructivo suponga cambios significativos delesquema estructural respecto del correspondiente a la situacin de servicio, o cuan-do el periodo de construccin sea superior a un ao, el requisito de ausencia decolapso debe cumplirse bajo la accin de un sismo de construccin, definido en elapartado 2.2.5, para las situaciones constructivas que se consideren crticas.

B) Limitacin del dao para el sismo frecuente de clculo. La accin ssmica denomi-nada sismo frecuente de clculo, definida en el apartado 2.2.4, podr causar ni-camente daos menores y no ser necesario acometer reparaciones inmediatas nirestringir el trfico sobre el puente despus de un terremoto de esas caractersti-cas.

2.2. Definiciones

2.2.1. Sismo bsico

En esta Norma se denomina sismo bsico a un sismo de baja probabilidad de ocurren-cia, que corresponde a un periodo de retorno de 500 aos.

2.2.2. Sismo ltimo de clculo

Se denomina sismo ltimo de clculo, al que resulta de multiplicar la accin del sismobsico por el factor de importancia I , cuyo valor se indica en el apartado 2.3.

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CAPTULO IIBASES DE PROYECTO


2.2.3. Sismo frecuente

En esta Norma, se denomina sismo frecuente a un sismo de alta probabilidad de ocu-rrencia, que corresponde a un periodo de retorno de 100 aos.

2.2.4. Sismo frecuente de clculo

Se denomina sismo frecuente de clculo, al resultado de multiplicar la accin del sismofrecuente por el factor de importancia I , cuyo valor se indica en el apartado 2.3.

2.2.5. Sismo de construccin

Cuando se considere necesario tener en cuenta la accin ssmica durante la construc-cin, se tomar el sismo correspondiente a un periodo de retorno no menor de cinco vecesla duracin de la etapa constructiva.

2.3. Clasificacin de los puentes segn su importancia

Los puentes se clasificarn por su importancia en funcin de los daos que pueda oca-sionar su destruccin.

Para el factor de importancia se adoptarn los valores siguientes:

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TABLA 2.1.Factor de importancia

Importancia del puente I

Normal 1,0

Especial 1,3

En caso de que un puente sea clasificado como de importancia moderada, la autoridadcompetente deber especificar adems el valor del factor de importancia correspondiente.

Si debido a la gestin de emergencias un puente fuera considerado de singular impor-tancia, podra adoptarse para el factor I un valor superior al indicado en la tabla 2.1.

Durante la etapa constructiva, para todos los puentes se considerar, salvo justificacinespecial, un factor de importancia de valor I = 1,0.

2.4. Situacin ssmica de clculo

Teniendo en cuenta que la accin ssmica se considera accidental, las situaciones declculo en que aparece involucrada esta accin son situaciones accidentales.

La combinacin de acciones a considerar para el estudio de la situacin ssmica que sepuede presentar a lo largo de la vida til de los puentes es la siguiente:

l

i 1G,i Gk,i +

l

j 1G*j G*k,j + Q,1 2,1 Qk,1 + A AE (2.1)

donde:

G,i , G*,j , Q,1 , A: Coeficientes parciales de seguridad para las acciones.Gk,i : Valor caracterstico de las acciones permanentes.G*k,j : Valor caracterstico de las acciones permanentes de valor no constante.2,1 Qk,1: Valor casi-permanente de la sobrecarga de uso. A efectos de la apli-

cacin de esta Norma, en los puentes de baja o media intensidad detrfico y en las pasarelas peatonales, se podr tomar 2,1 = 0.

AE : Valor de la accin ssmica que sea pertinente segn la comprobacinque se vaya a realizar (sismo ltimo de clculo, sismo frecuente declculo o sismo durante la construccin), segn el captulo 3.

No se combinar la accin ssmica con la accin del viento ni de la nieve.


2.5. Tipos de comportamiento estructural

Con el objeto de satisfacer los requisitos fundamentales establecidos en el apartado 2.1,los puentes deben proyectarse para que su comportamiento sea uno de los indicados a con-tinuacin, en funcin de la accin ssmica considerada.

El tipo de comportamiento del puente se asegurar mediante el cumplimiento de las exi-gencias que se indican en el apartado 2.6.

Bajo la accin del sismo ltimo de clculoLos puentes podrn proyectarse para que su comportamiento bajo la accin del sismo

ltimo de clculo sea dctil, de ductilidad limitada o esencialmente elstico.

Bajo la accin del sismo frecuente de clculoEl comportamiento de los puentes bajo la accin del sismo frecuente de clculo deber

ser elstico.

Bajo la accin del sismo durante la construccinEl comportamiento de los puentes durante su construccin, sometidos a la accin del

sismo definido en el apartado 2.2.5, podr ser dctil, de ductilidad limitada o esencialmenteelstico.

2.6. Exigencias para cada tipo de comportamiento

2.6.1. Comportamiento dctil

En los puentes con comportamiento dctil, se supone que la disipacin de energa seproduce por la formacin de rtulas plsticas, cuya ductilidad es suficiente y compatible conlos efectos de la accin ssmica considerados.

Los puentes para los que se desea un comportamiento dctil se proyectarn, en gene-ral, de forma que las rtulas plsticas aparezcan en las pilas. Aunque no es necesario quelas rtulas se formen en todas las pilas, el ptimo comportamiento ssmico post-elstico deun puente se consigue cuando las rtulas plsticas se forman simultneamente en la mayorcantidad posible de pilas.

El tablero debe permanecer dentro del rango elstico. nicamente se permitir la for-macin de rtulas plsticas en las losas de continuidad entre vanos isostticos de vigas pre-fabricadas.

Cuando algn elemento de sustentacin del tablero (pila o estribo) est conectado almismo mediante apoyos elastomricos o deslizantes, deber permanecer dentro del rangoelstico.

Para asegurar un comportamiento dctil bajo la accin del sismo ltimo de clculo o delsismo de construccin, adems de cumplirse las reglas constructivas recogidas en el captu-lo 6, es necesario que se cumplan las condiciones indicadas a continuacin.

Condicin de resistencia

Debe comprobarse que las rtulas plsticas disponen de una resistencia adecuada, tan-to a flexin como a cortante, y que el resto de las zonas de la estructura, fuera de las rtulasplsticas, disponen tambin de resistencias adecuadas, todo ello de acuerdo con los criteriosde proyecto por capacidad definidos en el captulo 5.

Deben tenerse en cuenta los efectos de segundo orden inducidos en las pilas, comoconsecuencia de los desplazamientos globales de la estructura.

Condicin de desplazamientos

Debe comprobarse, siguiendo las indicaciones del captulo 7, que la longitud de entre-ga en apoyos es suficiente para evitar descalces y que la anchura de juntas es suficiente paraevitar el martilleo entre elementos estructurales.

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Condicin de ductilidad

Debe garantizarse una ductilidad local adecuada en las zonas en las que se admita laformacin de rtulas plsticas. En general, podr considerarse que se cumple la condicinde ductilidad, si se adoptan los criterios definidos en los captulos 5 y 6.

2.6.2. Comportamiento con ductilidad limitada

En los puentes con comportamiento de ductilidad limitada, se supone que se alcanza undeterminado nivel de plastificacin que, sin ser significativo, da lugar a una cierta disipacinde energa.

Para asegurar este tipo de comportamiento, bajo la accin del sismo ltimo de clculoo del sismo de construccin, adems de cumplirse las reglas constructivas recogidas en elcaptulo 6, deben cumplirse las condiciones indicadas a continuacin.


Debe comprobarse que todas las secciones y elementos estructurales tienen unaresistencia adecuada, de acuerdo con los mismos criterios que los utilizados para situa-ciones persistentes (no ssmicas), establecidos en las Instrucciones o disposiciones espe-cficas para cada material, sin que sea necesario tener en cuenta criterios de proyecto porcapacidad.




En las zonas donde se prevea la formacin de rtulas plsticas, debern adoptarse losdetalles constructivos indicados en el captulo 6.

2.6.3. Comportamiento esencialmente elstico

En los puentes con comportamiento esencialmente elstico, se supone que no se pro-duce disipacin de energa por la formacin de rtulas plsticas y, por tanto, los efectosde la accin ssmica no se reducen como en los casos descritos en los apartados 2.6.1y 2.6.2.

Para asegurar este tipo de comportamiento, bajo la accin del sismo ltimo de clculoo del sismo de construccin, deben cumplirse las condiciones recogidas a continuacin.


Debe comprobarse que todas las secciones y elementos estructurales tienen una resis-tencia adecuada, de acuerdo con los mismos criterios que los utilizados para situaciones per-sistentes (no ssmicas).




Para este tipo de comportamiento, no es necesario hacer ninguna comprobacin espe-cfica de ductilidad ni adoptar ningn tipo de detalle constructivo especfico.

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2.6.4. Comportamiento elstico

Este comportamiento se exige a todos los puentes bajo la accin del sismo frecuente declculo. Se puede considerar que queda asegurado, sin necesidad de comprobaciones adi-cionales, cuando el puente ha sido proyectado para tener un comportamiento esencialmen-te elstico o de ductilidad limitada bajo la accin del sismo ltimo de clculo. Si, para estaaccin, se ha previsto un comportamiento dctil, ser necesario efectuar las comprobacionesindicadas a continuacin para la combinacin de acciones correspondiente al sismo frecuentede clculo.

Condicin de plastificaciones

Debe comprobarse que en ninguna seccin se alcanza el lmite elstico del acero ni seproducen prdidas de recubrimiento de las armaduras.


Debe tenerse en cuenta que en esta situacin se supone que el puente queda abiertoal trfico despus del sismo, por lo que es necesario comprobar que las juntas de calzadapermiten los desplazamientos mximos y mnimos calculados teniendo en cuenta la accinssmica.

2.7. Algunos criterios conceptuales de proyecto

En general, las estructuras con tablero continuo funcionan, en condiciones de solicita-cin ssmica, mejor que los puentes con muchas juntas.

En puentes en los que se admita comportamiento dctil, las rtulas plsticas debernformarse en las pilas. Slo con carcter excepcional se admitir la formacin de rtulas pls-ticas en los tableros.

Es conveniente que las zonas en las que se haya previsto la formacin de rtulas pls-ticas sean accesibles para su reparacin. La falta de accesibilidad se considerar en el cl-culo segn se indica en el apartado 4.2.2.1.

Debe procurarse que las rtulas plsticas se produzcan de forma simultnea ya que, encaso contrario, se incrementa la demanda de ductilidad local en las que se forman primero.Ello es difcil en puentes de tablero continuo en los que la rigidez transversal de los estriboso las pilas cortas es muy alta frente a otras pilas ms esbeltas. En estos casos debe consi-derarse la posibilidad de apoyos deslizantes o elastomricos que minimicen la participacinde las pilas cortas u otros elementos rgidos, en el proceso de reparto de la carga.

Para puentes muy largos, el uso de juntas de tablero puede ser obligado cuando la tra-za transcurra a lo largo de formaciones heterogneas de suelo y sea inadecuado absorberlos movimientos inducidos a costa de esfuerzos en la estructura.

Los aparatos de apoyo deben estar accesibles para su reparacin o sustitucin despusdel sismo.

En algunos casos, puede plantearse la conveniencia de sustituir un comportamiento dc-til basado en el desarrollo de rtulas plsticas por el aislamiento del tablero o la utilizacin deelementos amortiguadores especiales. La utilizacin de este tipo de sistemas est permitidapor esta Norma siempre que para su proyecto se efecten las comprobaciones, tericas yexperimentales, necesarias para garantizar un comportamiento adecuado, de acuerdo con elestado actual del conocimiento.

2.8. Consideracin de la accin ssmica

No ser necesaria la consideracin de las acciones ssmicas cuando la aceleracin ss-mica horizontal bsica del emplazamiento ab definida en el apartado 3.4 cumpla:

ab < 0,04 g (2.2a)donde g es la aceleracin de la gravedad.

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ComentariosC.2.1. Requisitos fundamentales

C.2.2. Definiciones

C.2.2.1. Sismo bsico

Este terremoto es equivalente, en trminos de peli-grosidad ssmica, al recogido en el mapa ssmico dela Norma de Construccin Sismorresistente: Partegeneral y edificacin.Teniendo en cuenta que los puentes se proyectancon una vida til de 100 aos, este terremoto tieneuna probabilidad del orden del 20% de ser superadoa lo largo de ese tiempo (vase a este respecto elcomentario al apartado 3.4).

C.2.2.2. Sismo ltimo de clculo

Este terremoto es equivalente al que queda defini-do por la aceleracin ssmica de clculo en laNorma de Construccin Sismorresistente: Partegeneral y edificacin (vase a este respecto elapartado 3.4).

C.2.2.3. Sismo frecuente

Teniendo en cuenta que los puentes se proyectancon una vida til de 100 aos, este terremoto tieneuna probabilidad aproximada del 60% de ser supera-do a lo largo de ese tiempo (vase a este respecto elcomentario al apartado 3.4).

C.2.2.4. Sismo frecuente de clculo

C.2.2.5. Sismo de construccin

C.2.3. Clasificacin de los puentes segnsu importancia

Las indicaciones necesarias para efectuar la clasifi-cacin de los puentes, estn recogidas en la Instruc-cin sobre las acciones a considerar en el proyectode puentes de carretera (IAP) y en la Instruccinsobre las acciones a considerar en el proyecto depuentes de ferrocarril (IAPF), y podrn figurar ade-ms en otras normas o disposiciones especficas queles sean de aplicacin.La introduccin de un factor de importancia de valor1,3 equivale, en el caso del sismo bsico, a reducirla probabilidad de excedencia de esa accin de un20% a un 10% aproximadamente. Dicho de otra for-ma, equivale a aumentar el perodo de retorno de500 a 1000 aos, aproximadamente.En el caso del sismo frecuente, el factor de impor-tancia de valor 1,3 supone una reduccin aproxima-

da de la probabilidad de excedencia del 60% al 40%o, desde otro punto de vista, equivale a aumentar elperodo de retorno de 100 a algo menos de 200aos.

C.2.4. Situacin ssmica de clculo

El valor de las acciones permanentes y de la sobre-carga de uso, as como de los coeficientes parcialesde seguridad, figura en las Instrucciones IAP e IAPF.

C.2.5. Tipos de comportamiento estructural

La eleccin del tipo de comportamiento exige unavaloracin ponderada de la resistencia, de la flexibi-lidad y de la demanda de ductilidad necesarias encada caso (vase a este respecto el comentario alapartado 4.2.2). Aunque una flexibilidad alta reduce,en principio, los esfuerzos, al aumentar los despla-zamientos, es necesario dotar de ductilidad suficien-te a unas determinadas zonas y controlar adems losposibles efectos de segundo orden que se puedangenerar.En la figura C.2.1, se muestra, de forma simplificada,la diferencia entre los tipos de comportamiento admi-tidos en puentes. Para el mismo terremoto, la fuerzaFe que acta sobre un puente durante el sismo esmxima si el comportamiento del puente es ideal-mente elstico. En este caso la deformacin es mni-ma. Si se admite un comportamiento dctil, la fuerzaque acta es mnima y la deformacin de la estruc-tura es mxima, debido a que se minimiza el efectode la accin con la formacin de las rtulas plsticas,cuyo comportamiento dctil supone grandes defor-maciones. El comportamiento dctil de los puentesdepende de las caractersticas de ductilidad de lassecciones o regiones donde se forman las rtulasplsticas. A mayor ductilidad de estas regiones,menor es el efecto de la accin ssmica y mayoresson las deformaciones de la estructura.

C.2.6. Exigencias para cada tipode comportamiento

C.2.6.1. Comportamiento dctil

Los puentes con comportamiento dctil, se proyectancon unos esfuerzos debidos al sismo menores quelos que corresponderan a la estructura con un com-portamiento elstico. La relacin entre ellos es unfactor, mayor que la unidad, denominado factor decomportamiento. Esta reduccin est basada en elhecho de que, al ser dctil, la estructura es capaz dedeformarse en rgimen no lineal, debido a la forma-cin de rtulas plsticas en sitios previamente elegi-dos, cuya capacidad de deformacin es adecuadapara garantizar la reduccin adoptada.

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Tampoco ser necesaria la consideracin de las acciones ssmicas en las situacionesen que la aceleracin ssmica horizontal de clculo ac definida en el apartado 3.4 cumpla:

ac < 0,04 g (2.2b)


C.2.6.2. Comportamiento con ductilidad limitada

Los puentes con ductilidad limitada, se proyectan conunos esfuerzos debidos al sismo menores que losque corresponderan a la estructura con un compor-tamiento elstico, aunque con un factor de compor-tamiento menor que en el caso del comportamientodctil. Esta reduccin supone unas exigencias deductilidad mucho menores que las definidas en elapartado 2.6.1.

C.2.6.3. Comportamiento esencialmente elstico

C.2.6.4. Comportamiento elstico

C.2.7. Algunos criterios conceptualesde proyecto

C.2.8. Consideracin de la accin ssmica

Se considera que si la aceleracin ssmica es inferior ala indicada en el articulado, no se generan solicitacio-nes peores que en las dems hiptesis de carga, dadala diferencia de coeficientes de seguridad y de accionessimultneas que deben considerarse con el sismo.La segunda condicin supone en la prctica que, enmuchas ocasiones, no ser necesario el clculo conla accin ssmica del sismo frecuente y que, gene-ralmente, no ser necesario considerar el sismodurante la construccin.

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Elstico ideal

Esencialmente elstico

Ductilidad limitada

Dctil

Desplazamiento

Fe

Fl

Fd

Figura C.2.1. Comportamiento ssmico


3.1. Introduccin

Los principales efectos de los terremotos en los puentes provienen del movimiento vibra-torio que el terreno de apoyo transmite a la estructura a travs de su cimentacin. Este movi-miento es el nico que se considera en este captulo.

Los terremotos pueden dar lugar tambin a otros efectos, como desplazamientos per-manentes entre los diferentes apoyos causados por licuaccin, movimientos de ladera, sub-sidencia, rupturas del terreno por fallas activas, colapso en cavidades, densificacin, etc, quepodran suponer importantes daos en la estructura. El emplazamiento de los puentes debe,en general, estar libre de este tipo de riesgos. Cuando se considere posible la aparicin deestos fenmenos, debern ser objeto de estudios especficos que los cuantifiquen, de formaque en el proyecto se analice a su vez, la posibilidad de adoptar medidas adecuadas paraeliminar o minimizar los daos asociados.

3.2. Caracterizacin del terreno

Los movimientos del suelo provocados por un terremoto estn influidos por el tipo deterreno. Por ello, es necesario llevar a cabo las investigaciones necesarias para identificar eltipo de terreno de acuerdo con las indicaciones recogidas a continuacin.

En esta Norma, los terrenos se clasifican en los siguientes tipos:

Terreno tipo I: Roca compacta, suelo cementado o granular muy denso. Velocidadde propagacin de las ondas elsticas transversales o de cizalla, vs > 750 m/s.

Terreno tipo II: Roca muy fracturada, suelo granular denso o cohesivo duro. Veloci-dad de propagacin de las ondas elsticas transversales o de cizalla, 750 m/s vs >> 400 m/s.

Terreno tipo III: Suelo granular de compacidad media, o suelo cohesivo de consis-tencia firme a muy firme. Velocidad de propagacin de las ondas elsticas transver-sales o de cizalla, 400 m/s vs > 200 m/s.

Terreno tipo IV: Suelo granular suelto, o suelo cohesivo blando. Velocidad de pro-pagacin de las ondas elsticas transversales o de cizalla, vs 200 m/s.

A cada uno de estos tipos de terreno se le asigna un valor del coeficiente C, coeficien-te del terreno, que aparece en la tabla 3.1.

15

CAPTULO IIIACCIN SSMICA


Este coeficiente participa en la definicin del espectro elstico de respuesta tal como seindica en los apartados 3.4 y 3.5.

El coeficiente C correspondiente a un emplazamiento concreto, depender de lascaractersticas de los primeros 30 metros bajo la superficie. Para obtener su valor, se deter-minarn los espesores e1, e2, e3, y e4 de los tipos terreno I, II, III y IV, respectivamente, exis-tentes en esos primeros 30 m. Se adoptar como valor de C, el valor medio obtenido alponderar los coeficientes Ci de cada estrato con su espesor ei, en metros (m), mediante laexpresin:

C = (3.1)

El coeficiente C depende de los espesores y rigideces de las capas de suelo superficialexistentes en cada punto, por lo que podr ser diferente en cada uno de los apoyos del puen-te. Cuando esto ocurra, se tendr en cuenta su repercusin en el espectro de respuesta,segn las indicaciones recogidas en el apartado 3.5.1.2.

3.3. Caracterizacin del movimiento ssmico

Para aplicar los procedimientos de clculo del captulo 4, los sismos de proyecto secaracterizarn, en general, mediante su espectro de respuesta elstica. La mxima acele-racin ssmica del terreno, se utilizar como un valor de referencia para formar el espec-tro.

En el apartado 3.4 se define la aceleracin ssmica horizontal de clculo, con la cual seestablece el espectro de respuesta, en la forma indicada en el apartado 3.5, tanto para el sis-mo ltimo de clculo como para el sismo frecuente de clculo y el de construccin.

Para definir el movimiento ssmico, es necesario cuantificar las componentes delmovimiento en direccin horizontal y en direccin vertical. La accin ssmica horizontal sedescribe mediante dos componentes, en direccin longitudinal y transversal al puente,consideradas como independientes y representadas mediante el mismo espectro de res-puesta. El espectro correspondiente a la componente vertical podr obtenerse simplifica-damente a partir del horizontal de acuerdo con las indicaciones recogidas en el apartado3.5.1.1.

Se deber considerar la actuacin conjunta de las componentes en las diferentes direc-ciones, siguiendo los criterios recogidos en el captulo 4.

En los puentes cuyos estribos y pilas se apoyen sobre terrenos con diferencias signifi-cativas en sus caractersticas, se podr definir la accin ssmica mediante un espectro de res-puesta representativo del conjunto, segn las indicaciones del apartado 3.5.1.3. En algunoscasos, cuando concurra alguna de las circunstancias indicadas en el apartado 3.8, no sersuficiente con esto y ser necesario considerar un modelo de la accin ssmica que tenga encuenta la variabilidad espacial.

Adicionalmente, el movimiento ssmico puede caracterizarse mediante conjuntos de ace-lerogramas horizontales y verticales compatibles con los espectros de respuesta citados, deacuerdo con las indicaciones del apartado 3.7.

Ci ei30

16

TABLA 3.1.Coeficientes del terreno

Tipo de terreno Coeficiente C

I 1,0II 1,3III 1,6IV 2,0


3.4. Aceleracin ssmica horizontal de clculo

La aceleracin ssmica horizontal de clculo se define como el producto:ac = S ab (3.2)

ab Aceleracin ssmica bsica, segn la Norma de Construccin SismorresistenteNCSE-02, cuyo mapa ssmico se reproduce en la figura 3.1 y cuyo listado por tr-minos municipales se recoge en el Anejo 1. Es el valor caracterstico de la ace-leracin horizontal de la superficie del terreno, correspondiente a un perodo deretorno de 500 aos.

Coeficiente adimensional de riesgo, obtenido como producto de dos factores: = I II.

I Factor de importancia, funcin de la importancia del puente, cuyo valor figura enel apartado 2.3.

II Factor modificador para considerar un periodo de retorno diferente de 500 aos.El producto ab representa la aceleracin ssmica horizontal correspondiente aun periodo de retorno PR. El valor de esa aceleracin puede deducirse de unestudio probabilista de la peligrosidad ssmica en el emplazamiento del puente.A falta de este estudio, de forma aproximada puede suponerse:

II = (PR / 500)0,4 (3.3)S Coeficiente de amplificacin del terreno. Toma el valor:

Para ab 0,1 g

S = (3.4a)

Para 0,1 g < ab < 0,4 g

S = + 3,33 agb 0,1 1 1,C25 (3.4b) Para 0,4 g ab

S = 1,0 (3.4c)C Coeficiente del terreno definido en el apartado 3.2.

3.5. Espectros de respuesta elstica

3.5.1. Espectros de aceleraciones

3.5.1.1. Componentes horizontales

Para las componentes horizontales de la accin ssmica, se considerar el siguienteespectro de respuesta elstica de aceleraciones Sa (T), correspondiente a un oscilador line-al simple.

0 T TA: Sa (T) = 1 + (2,5 1) ac (3.5a)TA T TB: Sa (T) = 2,5 ac (3.5b)

TB T TC: Sa (T) = 2,5 ac (3.5c)

TC T: Sa (T) = 2,5 ac (3.5d)TB TCT 2

TBT

TTA

C1,25

C1,25

17


siendo:

ac aceleracin ssmica de clculo definida en el apartado 3.4. factor corrector dependiente del amortiguamiento equivalente de la estructura, que

puede obtenerse mediante la expresin:

= (5 / )0,4 0,55 vlida para > 1% (3.6) es el ndice de amortiguamiento, en porcentaje, cuyo valor figura en el apartado4.2.3.3 para cada tipo de sismo y de estructura.

TA, TB, TC valores del periodo que delimitan el espectro. Estos valores, que dependendel tipo de sismo de clculo y del tipo de terreno de cimentacin del puente,se obtienen de las expresiones indicadas en la tabla 3.2.

K coeficiente de contribucin, que se indica en la figura 3.1 y en el Anejo 1.C coeficiente de terreno que se define en el apartado 3.2.

18

MAPA SSMICO DE LA NORMA SISMORRESISTENTE NCSE-02

ab 0,16g0,12g ab < 0,16g0,08g ab < 0,12g0,04g ab < 0,08g

ab < 0,04gCoeficiente decontribucin K

1,1

1,21,1

1,0

1,2

1,3

1,3

1,3

0,08

0, 05

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08 0,12

0,12

0,12

0,160,1

60,08

1,2

Figura 3.1 Mapa de peligrosidad ssmica (segn NCSE-02)

TABLA 3.2.Valores del periodo que delimitan el espectro (en segundos)

Sismo frecuente de clculoSismo ltimo de clculo Sismo de construccin

TA = K C / 10 TA = K C / 20TB = K C / 2,5 TB = K C / 5TC = K (2 + C) TC = K (1 + 0,5 C)


En la figura 3.2 se muestra la forma del espectro de aceleraciones.

19

Sa(T)/a

c

2,5

TA

1,0

TB TCT

2,5 TB /T

2,5 TBTC /T2

Figura 3.2 Forma del espectro de respuesta de aceleraciones para un ndicede amortiguamiento = 5%

En aquellos casos especiales en que el valor de C sea mayor que 1,8, el espectro derespuesta definido con las reglas anteriores puede no ser aplicable a las construcciones conperodo fundamental mayor de TB. En este caso, para T > TB se tomar Sa (T) = 2,5 ac, amenos que se determine un espectro de respuesta especfico del emplazamiento, cuyasordenadas en ningn caso sern menores que las que se obtendran con las expresiones(3.5) (ver apartado 8.2.3).

3.5.1.2. Componente vertical

A falta de estudios ms detallados, el espectro correspondiente a la componente verti-cal podr obtenerse simplificadamente a partir del horizontal multiplicado por un factor iguala 0,7.

3.1.5.3. Espectro promedio del emplazamiento

En el caso de que las cimentaciones de una misma estructura se encuentren sobre terre-nos con caractersticas diferentes, siempre que la diferencia entre los valores mximo y mni-mo del coeficiente C sea menor de 0,4, se podr considerar como espectro representativo delemplazamiento el que resulta de considerar un coeficiente C igual a la media ponderada de losvalores correspondientes a cada apoyo, segn la siguiente expresin:

C = l

kCk (3.7)

donde:

Rk reaccin en la base de la pila k cuando el tablero, considerado rgido, se some-te a un desplazamiento unidad.

l

jRj suma de las reacciones en todos los apoyos, obtenidas como se indica en el

prrafo anterior.Ck coeficiente C correspondiente a las condiciones de la cimentacin del apoyo k.

De forma simplificada, y a falta de una estimacin de los valores de Rk contenidos en laexpresin anterior, se podr adoptar como espectro representativo del emplazamiento, laenvolvente de los espectros correspondientes a cada cimentacin.

Cuando la diferencia entre el valor mximo y el mnimo del coeficiente C sea mayor de0,4, se adoptar como espectro representativo del emplazamiento, la envolvente de loscorrespondientes a cada cimentacin.

Rk

l

jRj


3.5.2. Espectro de desplazamientos

El espectro de respuesta elstica de desplazamientos, Sd, puede obtenerse del de ace-leraciones, Sa, mediante la expresin:

Sd (T) = Sa (T) 2

(3.8)

Para periodos suficientemente mayores que TC podrn considerarse, previa justifica-cin, valores menores que los que se deducen a partir de la expresin (3.5d), pero nuncamenores que el desplazamiento ssmico de la superficie del terreno dc definido en el apar-tado 3.6.

3.6. Velocidad y desplazamiento mximos del terreno

La velocidad y el desplazamiento horizontales mximos de la superficie del terreno pue-den estimarse por medio de las siguientes expresiones:

vc = 0,2 TB ac (3.9a)

dc = 0,025 TB TC ac (3.9b)

donde ac es la aceleracin ssmica horizontal de clculo, definida en el apartado 3.4, y TB yTC son los periodos del espectro de respuesta que se definen en el apartado 3.5.1.

3.7. Acelerogramas

Los acelerogramas debern ser elegidos entre los registrados, o generados artificial-mente, de forma que se ajusten al espectro de respuesta elstica para un amortiguamientodel 5%, definido en el apartado 3.5.1. Debern, adems, tener una duracin representativadel movimiento esperable en cada caso.

Cuando el clculo ssmico se realice utilizando acelerogramas, debido a su variabilidad,ser necesario calcular la estructura con diferentes conjuntos de acelerogramas. En general,sern necesarios pares coherentes de acelerogramas horizontales y, cuando sea precisoconsiderar la componente vertical del sismo, tros coherentes formados por dos acelerogra-mas horizontales y uno vertical.

Los acelerogramas generados pertenecientes al mismo conjunto (par de dos acelero-gramas horizontales o tro de dos horizontales y uno vertical) debern ser estadsticamenteindependientes.

3.8. Variabilidad espacial

En determinadas circunstancias, los movimientos ssmicos en los distintos apoyos delpuente pueden ser lo suficientemente diferentes como para que este hecho requiera una con-sideracin especial.

Ser necesario considerar la variabilidad espacial en la caracterizacin de la accin ss-mica cuando se presente alguna de las circunstancias siguientes:

Rasgos topogrficos muy acusados. Puentes de gran longitud.

El tratamiento de la variabilidad espacial de la accin ssmica ser objeto de un estudioespecial.

T2

20


ComentariosC.3.1. Introduccin

C.3.2. Caracterizacin del terreno

Para clasificar el terreno, se utilizar como parme-tro la velocidad de propagacin de las ondas elsti-cas transversales vs (ver apartado 8.2.2). Cuando nose disponga del valor de la velocidad de propagacinde las ondas elsticas transversales vs (ver apartado8.2.2), podrn utilizarse las propiedades geotcnicasindicadas en la tabla C.3.1.Donde:

vp Velocidad de propagacin de las ondas decompresin.

N1,60 Nmero de golpes en el ensayo SPT normali-zado al 60% de la energa de cada libre y auna tensin efectiva vertical de 100 kPa.

qc Resistencia en punta del penetrmetro est-tico.

qu Resistencia a compresin simple.

En muchos casos, no ser necesario que los reco-nocimientos del terreno alcancen los 30 m de pro-fundidad, siendo suficiente determinar los espesoresde las capas superficiales y la profundidad del techodel terreno de tipo I. En general, se podr suponerque el terreno no alcanzado en el reconocimiento noser peor que el ms profundo del que se tenga infor-macin. Usualmente, una vez alcanzado el terrenotipo I, no es esperable la aparicin a mayor profundi-dad de capas de terreno de los otros tipos. El cono-cimiento de la geologa de la zona o los resultadosde otros reconocimientos prximos sern particular-mente aclaratorios en este sentido. En caso de duda,y sobre todo con datos insuficientes, deben adoptar-se los valores que correspondan del lado de la segu-ridad.

21

TerrenosTipo de vs vp granulares

Terrenosterreno Descripcin [m/s] [m/s] cohesivos

N1,60 qc [MPa] qu [kPa]

I Roca compacta, suelo cementado o granularmuy denso > 750 > 2.000 > 50 > 20

II Roca muy fracturada, suelo granular denso ocohesivo muy duro > 400 > 1.000 > 40 > 15 > 500

III Suelo granular de compacidad media o suelocohesivo de consistencia firme a dura > 200 > 350 > 15 > 6 > 200

IV Suelo granular suelto o suelo cohesivo blando No se alcanzan los valores del terreno tipo III

TABLA C.3.1.Caractersticas usuales de los diferentes tipos de terreno

En los apoyos con cimentaciones superficialesmediante zapatas o losas, puede prescindirse de lainfluencia de las capas de terreno existentes porencima del plano de apoyo para la determinacin delcoeficiente C.Cuando se cimente mediante durmientes sobre terra-pln, debe tenerse en cuenta la posible amplificacindel movimiento ssmico por causa de ste (geometray flexibilidad del material). En los casos ms simples,ser suficiente incluir el terrapln como un terrenoms para el clculo de C.En los apoyos pilotados, el movimiento que llega a laestructura est condicionado por complejos fenme-nos de interaccin suelo-pilotes-estructura. El estadoactual del conocimiento no permite establecer crite-rios sencillos de aplicacin general. La aplicacin deprocedimientos basados en la utilizacin de un coe-ficiente C que caracteriza la influencia del terreno noes independiente del modelo que se adopte para laestructura y su cimentacin. Si el modelo de estruc-tura comienza en un encepado de pilotes situadoaproximadamente en la superficie del terreno, sepuede calcular el coeficiente C con los mismos crite-rios que se utilizan en las cimentaciones superficia-

les, lo que supone implcitamente que los pilotesacompaan completamente al terreno en su movi-miento durante el terremoto. Si en el modelo deestructura se incluyen unas pilas exentas del terrenoequivalentes a los pilotes, en cuya punta se produceel apoyo en el terreno y cuya longitud se calcula deforma que los movimientos horizontales en cabezasean iguales a los del sistema pilotes-terreno, puedecalcularse el coeficiente C con los datos del terrenoexistente bajo las puntas de las pilas equivalentes alos pilotes.El coeficiente C, determinado segn se indica en elarticulado, no contempla que el terreno sufra otrosefectos adems del vibratorio (como podran serlicuaccin, movimientos de ladera, subsidencia, rup-turas del terreno por fallas activas, colapso en cavi-dades, densificacin, etc).

C.3.3. Caracterizacin del movimiento ssmico

Las bruscas variaciones de amplitud que se obser-van en los acelerogramas impiden un promediado enel dominio del tiempo que ponga de manifiesto las


caractersticas esenciales de los terremotos. Por elcontrario, el estudio en el dominio de la frecuenciapermite un alisado de las curvas resultantes y facilitael posterior tratamiento estadstico, para lo que sesuelen normalizar mediante un factor que, por con-venio, suele ser la aceleracin mxima del suelo.La representacin de la accin ssmica en el dominiode la frecuencia se ha efectuado tradicionalmentemediante el espectro de respuesta de desplazamien-tos, que representa para cada periodo T el despla-zamiento mximo Sd de un sistema elstico con ungrado de libertad que tuviese ese periodo propio devibracin y un ndice de amortiguamiento cuandose somete a un acelerograma. Asimismo, se definenlos espectros de pseudovelocidad PSv y de pseudo-aceleracin PSa obtenidos del espectro de desplaza-mientos mediante las relaciones:

PSv = Sd = Sd

PSa = PSv = 2 Sd = Sd

2 = k /m

= c /4 kmdonde:

pulsacin natural de vibracin.k rigidez elstica.m masa.c amortiguamiento.Si la elongacin del sistema respecto a su base sedenomina u(t), se representa por u.(t) y (t) la veloci-dad y la aceleracin relativas a la base, respectiva-mente. Si T(t) es la aceleracin absoluta de la masay S(t) es la aceleracin del suelo, se cumple:

T(t) = (t) + S(t)

Figura C.3.1

La ecuacin de equilibrio dinmico es:

m T + c u. + k u = 0

o bien, usando la notacin anterior:

T + 2 u. + 2 u = 0Si es pequeo, la relacin entre los valores absolu-tos mximos de aceleracin total y desplazamientopuede considerarse:

|T |mx 2 |u|mxes decir:

Sa PSa

El promediado de las curvas obtenidas para numero-sos acelerogramas de excitacin, que se normalizanmediante divisin por la aceleracin mxima del sue-lo a, ha permitido descubrir unas reglas, general-mente admitidas, sobre la forma de los espectros.Estas son las que se utilizan habitualmente en lasnormas. Se admite que el espectro de respuesta tie-ne tres ramas principales en cada una de las cualesla aceleracin, la pseudovelocidad o el desplaza-miento de la estructura son constantes y mltiplos delos correspondientes valores mximos de acelera-cin, velocidad y desplazamiento del suelo.En consecuencia, segn se indica en la figura C.3.2(pgina siguiente), se admite que tras un periodo TBel espectro de aceleraciones cae proporcionalmentea la inversa del periodo y a partir de TC a la inversade su cuadrado.Para T = 0 se tiene un sistema tan rgido que sufreuna aceleracin mxima igual a la aceleracin mxi-ma del suelo a.

C.3.4. Aceleracin ssmica horizontalde clculo

Segn se establece en el articulado, la aceleracinhorizontal correspondiente a un perodo de retornoPR se puede obtener en cada punto del territorio, deforma aproximada, multiplicando por el factor II laaceleracin que se deduce del mapa de la figura 3.1para dicho emplazamiento. As, para el sismo bsico,definido en el apartado 2.2.1, el valor de este factores II = 1. Para el sismo frecuente, cuyo perodo deretorno es de 100 aos, segn se establece en elapartado 2.2.3, resulta aproximadamente un valor deeste factor modificador II = 0,53. En el caso del sis-mo de construccin, el factor II se obtendra de laexpresin (3.3) con un valor del perodo de retornono menor de 5 veces la duracin de la etapa cons-tructiva. Por ejemplo, para una etapa constructivaque durase un ao, se podra considerar un perodode retorno de 5 aos, con lo que resultara II 0,16.Se define como periodo de retorno PR de un terre-moto al inverso de la probabilidad anual de que stesea superado. Si L es la vida til de la estructura, laexpresin que relaciona la probabilidad de supera-cin de un terremoto a lo largo de esa vida til con elperodo de retorno del mismo es la siguiente:

= 1 1 L

Cuando PR >> L resulta L/PR.

1PR

42T 2

2T

22

uT

u

us


La introduccin del factor de importancia para obte-ner la aceleracin de clculo tiene como objetivoestablecer una diferenciacin en la fiabilidad de lasestructuras, de forma que, en aquellos puentes quese consideren de importancia especial, la probabili-dad de que se presente el terremoto de clculo seamenor. Como la vida til definida para los puentes esde 100 aos, teniendo en cuenta la expresin ante-rior, la forma de reducir la probabilidad de exceden-cia es aumentar el perodo de retorno, lo que se con-sigue mediante la multiplicacin de la aceleracinbsica por el factor de importancia.Segn lo expuesto, el factor de importancia I y elfactor modificador II , aunque con motivaciones dife-rentes, suponen ambos una modificacin del perodode retorno de la aceleracin ssmica de clculo res-pecto a la aceleracin ssmica bsica, que corres-ponde a un perodo de retorno aproximado de 500aos.Si se considera II = 1, el producto S ab es la ace-leracin correspondiente al sismo bsico, definidoen el apartado 2.2.1, y el producto S I ab es laaceleracin correspondiente al sismo ltimo de cl-culo, definido en el apartado 2.2.2. Si se considera II = 0,53, el producto S II ab es la aceleracincorrespondiente al sismo frecuente, definido en elapartado 2.2.3, y el producto S I II ab es la ace-leracin correspondiente al sismo frecuente de cl-culo, definido en el apartado 2.2.4.Respecto al coeficiente S, debido a que los valoresde ab se asocian a un terreno aproximadamentetipo II, introduce una correccin en la aceleracin ss-mica, para que resulte menor cuando el terreno esbueno y para que resulte mayor cuando el terreno esblando (Tabla C.3.2).

C.3.5. Espectros de respuesta elstica

C.3.5.1. Espectros de aceleraciones

C.3.5.1.1. Componentes horizontales

El espectro de respuesta elstica representa la res-puesta de una estructura de un grado de libertadcuando en su base se aplica un movimiento ssmicodefinido por una aceleracin determinada. Esta res-puesta depende del propio movimiento ssmico y delperiodo propio y el amortiguamiento de la estructura.La consideracin completa de todos los factores queinfluyen en la forma del espectro de respuesta esmuy compleja. Para la definicin del espectro recogi-do en esta Norma, se han tenido en cuenta losaspectos indicados a continuacin.El movimiento vibratorio causado por los terremotosprocedentes de la denominada zona Azores-Gibral-tar introduce algunas diferencias con el debido al res-to de los terremotos peninsulares, ya que los prime-ros son de mayor magnitud y se sienten en elsuroeste espaol, a gran distancia de la fuente ss-mica, mientras que los segundos son de menor mag-nitud y sus principales efectos se producen a una dis-tancia relativamente reducida de la fuente ssmica.La influencia de uno u otro tipo de sismicidad se hatenido en cuenta por medio del coeficiente K. Susvalores se han calculado admitiendo que, para lamisma aceleracin a, los valores de TB y las ordena-das del espectro entre TB y TC son 1,5 veces mayo-res en los terremotos con origen en la fuente sismo-gentica de Azores-Gibraltar que en los terremotosprovenientes de las restantes zonas sismogenticas(continentales y martimas colindantes). Los valoresde K resultantes para el territorio espaol estn com-prendidos entre 1,0 y 1,3.La existencia de suelos blandos condiciona la formadel espectro de respuesta desplazando TB y TC haciaperiodos ms altos y amplificando las ordenadasespectrales para periodos mayores de TB. Esto se hatenido en cuenta mediante la participacin implcita delcoeficiente del terreno C en la definicin del espectro.La categora del terremoto de proyecto tambin influ-ye en la forma del espectro de respuesta. El sismobsico corresponde a un periodo de retorno mayor,por lo que su magnitud es superior a la del sismo fre-cuente o de construccin. Las diferencias se reflejanmediante valores mayores de TB y TC y de las orde-nadas espectrales para periodos superiores a TB.

TABLA C 3.2Valores del coeficiente S

ab C = 1,0 C = 1,3 C = 1,6 C = 1,8

0,10 g 0,80 1,04 1,28 1,440,15 g 0,83 1,03 1,23 1,370,20 g 0,87 1,03 1,19 1,290,25 g 0,90 1,02 1,14 1,220,30 g 0,93 1,01 1,09 1,150,35 g 0,97 1,01 1,05 1,07

0,40 g 1,00 1,00 1,00 1,00

23

Sa(T)/a

1,0

A B

C

D

TTB TC

1 T

1 T2

Figura C.3.2


C.3.5.1.2. Componente vertical

Los movimientos verticales mximos durante lavibracin ssmica suelen ser menores que los hori-zontales (entre el 50% y el 100%). La proporcinentre ambos depende del tipo de movimiento en lafalla que produce el terremoto, de la distancia entrela fuente ssmica y el punto de observacin y de lascondiciones locales en ste. En el articulado se admi-te como simplificacin un valor del 70%, a falta deestudios ms detallados.

C.3.5.1.3. Espectro de desplazamientos

El espectro envolvente podr obtenerse utilizando elvalor de TA correspondiente al mnimo Ck y los valoresde TB, TC y S correspondientes al mximo Ck, siendoCk el coeficiente de terreno en la vertical del apoyo k.

C.3.5.2. Espectros de desplazamientos

En la figura C3.3, se muestra la forma del espectrode desplazamientos.

24

Sd(T)/ac

2,5 TBTC /4p2

dc/aC

TB TC TDT

2,5 TBT /4p2

Rango de valoresaceptables

Figura C.3.3 Forma del espectro de respuesta de desplazamientos para un ndicede amortiguamiento = 5%

C.3.6. Velocidad y desplazamiento mximosdel terreno

Las expresiones 3.9 se refieren a la relacin entredesplazamiento, velocidad y aceleracin mxima delterreno.Como se ha dicho en el comentario al apartado 3.3,suele considerarse que los diferentes tramos delespectro de respuesta estn asociados a unas deter-minadas condiciones del movimiento del suelo. As,en la rama AB del espectro se admite que la acele-racin Sa es constante y proporcional a la aceleracindel suelo, de acuerdo con la expresin:

Sa = 2,5 ac

En la rama BC del espectro, se admite que la pseu-dovelocidad PSv es constante y proporcional a lavelocidad del suelo vc:

PSv = k1 0,2 TB ac

Teniendo en cuenta que en esta rama el espectro depseudoaceleracin PSa es proporcional a 1/T:

PSv = = 2,5 ac = ac TB

Igualando ambas expresiones, resulta:

k1 2

Es decir, se est admitiendo que, en la rama delespectro dominada por la velocidad, se cumple:

PSv = 2vcPor otro lado, tambin se acepta que, en la rama CDdel espectro, el desplazamiento Sd es constante yproporcional al desplazamiento del suelo dc :

Sd = k2 dc = k2 0,025 TB TC ac

Teniendo en cuenta que en esta rama el espectro depseudoaceleracin PSa es proporcional 1/T 2:

Sd = = 2,5 ac = ac TB TC

Igualando ambas expresiones, resulta:

k2 2,5

Es decir, se est admitiendo que, en la rama delespectro dominada por el desplazamiento, se cumple:

Sd = 2,5 dc

2,54 2

TB TCT 21

2

PSa2

2,52

TBT1

PSa


C.3.7. Acelerogramas

Entre los acelerogramas registrados, los ms ade-cuados son los que proceden de terremotos de simi-lar magnitud que el sismo de clculo, de mecanismofocal equivalente, con epicentro situado a distanciaparecida del sitio y que han sido registrados en unterreno anlogo.En la prctica, es difcil el cumplimiento de estas con-diciones, principalmente porque los terremotos de cl-culo prescritos en esta Norma proceden de un anli-sis probabilstico, de forma que en cada ordenadaespectral hay contribucin de terremotos de diferenteorigen. En el sudoeste peninsular es particularmentesignificativa la influencia de los dos tipos de fuente ss-mica (los terremotos peninsulares y de las reas mari-nas adyacentes y los de la zona sismogentica deAzores-Gibraltar), que han requerido la introduccindel coeficiente de contribucin K en la formulacin delespectro de respuesta (apartado 3.5.1). Asimismo, lainformacin disponible sobre los mecanismos focalesde los terremotos de clculo es limitada.En general, es necesario un estudio especfico paracada emplazamiento y para cada categora de terre-moto, en el que se definan los rangos de valores de lamagnitud y de la distancia epicentral de los terremotosque ms contribuyen a la peligrosidad ssmica, entrelos que deberan elegirse las utilizables en el clculo.

En todo caso, es importante que el terreno de lossitios de registro sea equivalente al del emplaza-miento de clculo.Para obviar la dificultad de encontrar acelerogramascatalogados, adecuadamente representativos del sismode clculo y para cubrir la variabilidad que les es inhe-rente, se considera aceptable elegirlos entre los proce-dentes de terremotos cuya magnitud est comprendidaentre 0,25 unidades menos que la menor y 0,25 unida-des ms que la mayor del rango estimado para el sis-mo de clculo y cuya distancia epicentral est com-prendida entre la mitad de la menor y el doble de lamayor de las estimadas como ms probables para elsismo de clculo, siempre que se escalen con un factormultiplicador constante en el tiempo y el mismo paratodos los acelerogramas del par o del tro, para conse-guir la compatibilidad con el espectro de respuesta.Es posible que la peligrosidad ssmica de un ciertoemplazamiento, en el rango de periodos de inters,se vea influida en forma equiparable por terremotosmuy diferentes (sobre todo en el sudoeste peninsu-lar). En este caso, se deberan utilizar para el clcu-lo los acelerogramas del terremoto de mayor magni-tud y mayor distancia epicentral.A falta del estudio especfico antes citado, la magni-tud de los sismos de clculo puede estimarse de for-ma aproximada en los valores que se indican en latabla C.3.3.

25

Sismo bsico Sismo frecuente

Canarias, Baleares, Galicia, Barcelona y Tarragona M = 5,0-6,5

Andaluca (puntos con K = 1,0) y Pirineos M = 6,0-7,5 M = 5,0-6,5Sudoeste peninsular (puntos con K > 1,0)

Terremotos peninsulares y marinos adyacentes M = 6,0-7,5 M = 5,0-6,5Terremotos de la zona Azores-Gibraltar M > 8,0 M = 7,0-8,0

TABLA C.3.3.Estimacin de la magnitud M de los terremotos de clculo

Sismo bsico Sismo frecuente

Canarias, Baleares, Galicia, Barcelona y Tarragona 10 s

Andaluca (puntos con K = 1,0) y Pirineos 20 s 10 sSudoeste peninsular (puntos con K > 1,0)

Terremotos peninsulares y marinos adyacentes 20 s 10 sTerremotos de la zona Azores-Gibraltar 60 s 30 s

TABLA C.3.4.Duracin significativa mnima (en segundos)

La distancia epicentral tpica para los terremotospeninsulares y de reas marinas adyacentes puedeconsiderarse de unas decenas de kilmetros, mien-tras que en el sudoeste espaol, para los terremotoscon origen en la zona de Azores-Gibraltar, puedeestimarse en 300-400 km.

Se recomienda que, salvo justificacin especfica, laduracin significativa (tiempo entre el 5% y el 95% dela intensidad Arias) no sea menor que los siguientesvalores:


La compatibilidad de cada acelerograma con elespectro de respuesta elstica definido en el aparta-do 3.5.1 se comprobar con el siguiente procedi-miento:

Se calculan las ordenadas espectrales para unamortiguamiento del 5%. Asimismo se calcula elespectro alisado formado por tramos similares alos descritos en el comentario al apartado 3.5.1,los principales de los cuales son el de aceleracinespectral constante (independiente de T), el deaceleracin inversamente proporcional a T y el deaceleracin inversamente proporcional a T 2.

Se calculan los periodos mnimo, Tmn, y mximo,Tmx, del conjunto de modos en que se moviliza el90% de la masa de la estructura.

Se comprueba que, entre 0,8 Tmn y 1,2 Tmx, lasordenadas espectrales no son menores del 90%de las ordenadas del espectro definido en el apar-tado 3.5.1, y las del espectro alisado no sonmenores que las de dicho espectro.

La modulacin de la amplitud a lo largo del registrodeber ser compatible con la duracin de los inter-valos entre la primera y la ltima vez que se supera0,05 g y 0,10 g, que debern ser objeto de un estu-dio especfico en cada caso.Para cubrir las incertidumbres existentes, se defini-rn diferentes conjuntos coherentes de acelerogra-mas. Todos ellos debern cumplir las condicionesexigidas en los prrafos anteriores, aunque podrndiferir en el resto del espectro de respuesta y en lamodulacin de amplitudes en el tiempo.Se consideran conjuntos coherentes de acelerogra-mas aqullos que sean representativos de las dos otres componentes del movimiento en un mismo pun-to como, por ejemplo, los dos o tres acelerogramasortogonales registrados simultneamente en un mis-mo acelermetro.

C.3.8. Variabialidad espacial

Se habla de variabilidad espacial cuando el movi-miento ssmico en los diferentes apoyos del puentees diferente, hasta el punto de que la accin ssmicano se pueda modelizar de forma nica para toda laestructura. No existe, hasta el momento, una formu-lacin aceptada de forma general para cuantificarestos aspectos.En el caso de que las cimentaciones de una mismaestructura se encuentren sobre terrenos con carac-tersticas muy diferentes, se considera aceptableadoptar un espectro promedio, de acuerdo con elapartado 3.5.1.3.

En general, la variabilidad espacial introducida pordiscontinuidades topogrficas debe ser tenida encuenta slo si se prev que su presencia pueda darlugar a una variacin importante de las caractersti-cas del movimiento ssmico.En el caso de que la longitud del puente sea superiora 600 m, la variabilidad espacial debe considerarsesiempre, debido a la prdida de coherencia del movi-miento con la distancia por su continua modificacincausada por reflexiones y refracciones de las ondasinternas. En este caso, una forma simplificada deestimar los efectos de la variabilidad espacial de laaccin ssmica es mediante el mtodo de los despla-zamientos estticos relativos entre apoyos, que seresume a continuacin:

a) Se elige un apoyo de referencia y se calculan lasdistancias Li desde l hasta los dems apoyos.

b) Se calcula un desplazamiento longitudinal relativoentre el apoyo i y el de referencia mediante laexpresin:

di = Li vc / vp 2 dc

donde:

Li distancia entre el apoyo i y el de referenciavc, dc velocidad y desplazamiento horizontales

mximos del terreno, segn el apartado 3.6.Si el terreno del apoyo de referencia y delapoyo i no es el mismo, se tomarn los valo-res de vc y dc correspondientes al terreno msdesfavorable

vp velocidad de propagacin de las ondas longi-tudinales (en capas profundas del terreno)entre el apoyo i y el de referencia. A falta deun estudio especfico se puede adoptar unvalor de 2000 m/s

c) El valor de clculo de los efectos de las accionescorrespondientes a la combinacin ssmica seobtendr mediante la expresin:

Ed = E 2ds + Ei2

donde:

Eds valor de clculo de los efectos de las accio-nes sin considerar el desfase de movimientosentre apoyos.

Ei efectos producidos por el vector de desplaza-mientos relativo entre apoyos [di ] formadocon los valores definidos en b), obtenidosmediante un clculo esttico.

26


4.1. Mtodos de clculo

Esta Norma recoge el clculo modal espectral como mtodo de clculo tipo para eva-luar el efecto de la accin ssmica sobre los puentes. Este mtodo consiste en un clculoelstico de las respuestas dinmicas mximas para todos los modos significativos de laestructura, usando las ordenadas del espectro de respuesta y combinando estadsticamentelas contribuciones modales (apartado 4.2). Este tipo de clculo debe efectuarse en todos loscasos y constituir la referencia bsica para el proyecto del puente.

La evolucin en el tiempo de la respuesta no lineal de la estructura podr estudiarse porcualquier procedimiento que permita analizar los efectos de segundo orden y el comporta-miento no lineal de los materiales. En particular, podr utilizarse el mtodo de integracindirecta paso a paso, usando los acelerogramas de clculo, teniendo en cuenta los efectos delas acciones gravitatorias y casi-permanentes concurrentes con el sismo (apartado 4.3). Estemtodo dinmico no lineal en el tiempo podr utilizarse cuando se considere necesario pro-fundizar en el comportamiento post-elstico de la estructura y siempre tras un clculo modalespectral de referencia.

Ser necesario profundizar en el comportamiento post-elstico de la estructura, paracomprobar las condiciones de ductilidad adoptadas simplificadamente en el clculo modalespectral, cuando se proyecte con comportamiento dctil un puente irregular, con el sentidoindicado para este trmino en el apartado 4.2.2.

En estos casos, como alternativa al mtodo dinmico no lineal en el tiempo, se podrutilizar el mtodo del empuje incremental. Es un mtodo esttico no lineal en el que se ana-liza la estructura sometida a las cargas gravitatorias de valor constante y a cargas horizon-tales, montonamente crecientes, que representan una componente de la accin ssmica(apartado 4.4). En este mtodo deben tenerse en cuenta la no linealidad mecnica debida almaterial y la no linealidad geomtrica debida a los efectos de segundo orden. Este procedi-miento se utilizar en casos especiales como los indicados en el prrafo anterior y nica-mente como complemento del clculo modal espectral para confirmar las hiptesis adopta-das en el mismo.

El estudio de la evolucin en el tiempo estar especialmente indicado cuando est pre-vista la colocacin en el puente de dispositivos cuyo comportamiento sea no lineal, comoamortiguadores, disipadores de energa, dispositivos de aislamiento ssmico, etc. Tambinen ese caso, se efectuar en primer lugar un clculo modal espectral, considerando para esoselementos unas propiedades lineales equivalentes.

27

CAPTULO IVCLCULO


4.2. Clculo modal espectral

4.2.1. Accin ssmica

Para la aplicacin del mtodo de clculo modal espectral, la accin ssmica se repre-sentar mediante los espectros de respuesta elstica definidos en el apartado 3.5.

El clculo del puente puede efectuarse considerando separadamente las componenteslongitudinal, transversal y vertical de la accin ssmica. Los efectos correspondientes a cadacomponente se combinarn de acuerdo con las indicaciones del apartado 4.2.4.3.

En general, no ser necesario tener en cuenta los efectos de la componente vertical dela accin ssmica sobre las pilas, salvo en el caso de tipologas en que los esfuerzos induci-dos por esta componente puedan ser comparables a los generados por el sismo horizontal(pilas inclinadas y arcos).

En el caso de tableros de hormign pretensado, ser necesario tener en cuenta la com-ponente vertical ascendente de la accin ssmica.

Tambin ser necesario evaluar los efectos de la componente vertical sobre todos losapoyos y elementos de unin.

En aquellos casos en que se establezca, de acuerdo con el captulo 2, que la estructu-ra va a tener un comportamiento dctil o de ductilidad limitada bajo la accin del sismo lti-mo de clculo, se utilizar un espectro de respuesta reducido de acuerdo con la siguienteexpresin:

Sa,r (T) = Sa (T) (4.1)donde:

Sa,r (T) espectro de respuesta reducido o espectro de clculo.Sa (T) espectro de respuesta elstica correspondiente al sismo ltimo de clculo.q factor de comportamiento, segn el apartado 4.2.2.

Cuando se estudie la respuesta de la estructura bajo la accin del sismo frecuente, elespectro de clculo ser siempre el espectro de respuesta elstica.

4.2.2. Factor de comportamiento

El factor de comportamiento se define globalmente para toda la estructura y es un ndi-ce de su ductilidad.

Para el clculo en la direccin vertical, debe tomarse siempre un factor de comporta-miento de valor q = 1,0.

Para cada componente horizontal de la accin ssmica, debe determinarse un factorde comportamiento q, cuyos valores, en general, sern diferentes. Para determinar el fac-tor de comportamiento en cada direccin horizontal, se tendrn en cuenta los valores mxi-mos que figuran en la tabla 4.1, as como las limitaciones a esos valores recogidas en losapartados 4.2.2.1 y 4.2.2.2.

El valor mximo que se puede adoptar para el factor de comportamiento est estrecha-mente relacionado con la regularidad de la estructura. A efectos de la aplicacin de esta Nor-ma, se considerar que un puente es regular, en relacin con el comportamiento dctil, cuan-do las rtulas plsticas aparezcan prcticamente de forma simultnea en la mayora de laspilas (ver apartado 4.2.2.2).

Si un puente se proyecta para que se comporte con ductilidad limitada, los valores delfactor de comportamiento que figuran en el apartado 4.2.2.1 son aplicables con independen-cia de la regularidad o irregularidad de la estructura.

4.2.2.1. Factor de comportamiento en puentes regulares

Los valores mximos del factor comportamiento q, aplicables a cada componente hori-zontal de la accin ssmica, se especifican en la tabla 4.1, en funcin del tipo de elemento enel que se van a producir las plastificaciones y en funcin del tipo de comportamiento desea-do para la estructura (dctil o con ductilidad limitada).

1q

28


Si un puente dispone de distintos tipos de elementos dctiles, debe tomarse como fac-tor q el correspondiente al grupo que ms contribuya a la resistencia ssmica.

Con independencia del tipo de elemento, cuando la mayor parte de la accin ssmicasea transmitida a travs de apoyos elastomricos, se tomar para el factor de comporta-miento un valor q = 1.

Cuando los elementos dctiles sean de hormign armado, los valores indicados en latabla 4.1 slo son vlidos si el axil reducido k es inferior a 0,30.

k = (4.2)donde:

NEd axil en la rtula plstica correspondiente a la combinacin ssmica.Ac rea de la seccin transversal.fck resistencia caracterstica del hormign.

Si 0,3 < k 0,6 debe tomarse un factor de comportamiento mximo qr de valor redu-cido:

qr = q 1 (q 1) 1 (4.3)Si k > 0,6 se tomar qr = 1,0, lo que equivale a considerar un comportamiento els-

tico.

k0,3

NEdAcfck

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Tipo de comportamientoTipo de elemento dctil

Ductilidad limitada Dctil

Pilas de hormign armado:Pilas verticales trabajando a flexin (1) 1,5 3,5 (S)Pilas inclinadas trabajando a flexin 1,2 2,1 (S)

Pilas de aceroPilas verticales trabajando a flexin 1,5 3,5Pilas inclinadas trabajando a flexin 1,2 2,0Pilas con arriostramientos centrados 1,5 2,5Pilas con arriostramientos descentrados (2) 3,5

Estribos rgidamente unidos al tableroEn general 1,5 1,5Marcos encajados en el terreno 1,0 1,0

Arcos 1,2 2,0

TABLA 4.1.Factor de comportamiento en puentes regulares

(1) S = L / h es el ndice de cortante de la pila, siendo L la distancia desde la rtula plstica hasta el puntode momento nulo y h el canto de la seccin transversal:

Si S 3 (S) = 1

Si 1 S < 3 (S) = (2) Esta tipologa estructural slo est indicada cuando se desee un tipo de comportamiento dctil.

S3


Los valores del factor q dados en la tabla 4.1 para estructuras con comportamiento dc-til pueden utilizarse slo si las rtulas plsticas previstas estn ubicadas en zonas en las quesea posible llevar a cabo su inspeccin y reparacin. En caso contrario, deben multiplicarsepor un factor reductor de valor 0,6.

Las estructuras cuya masa siga esencialmente el movimiento horizontal del suelo, esdecir, aqullas que no sufren una amplificacin significativa respecto a la aceleracin hori-zontal del suelo, deben calcularse utilizando la aceleracin ssmica horizontal de clculo y unfactor de comportamiento de valor q = 1. Estas estructuras se caracterizan por tener un valormuy bajo del perodo natural en la direccin horizontal considerada (T 0,03 s). Los estribosconectados con el tablero mediante un elemento flexible pertenecen, en general, a este tipode estructuras (ver apartado 8.5.2.1).

4.2.2.2. Factor de comportamiento en puentes irregulares

Una forma de estimar cuantitativamente la irregularidad de un puente para el que se pre-vea un comportamiento dctil es comparar entre s las demandas de ductilidad en las pilas.Para ello, ser necesario previamente dimensionar las pilas considerando que el puente esregular y seguir despus el procedimiento indicado a continuacin:

a) Para cada pila i se calcula, en la zona donde se prev la formacin de la rtula, elfactor reductor local ri:

ri = q (4.4)donde:

q factor de comportamiento global, segn el apartado 4.2.2.1.MEd,i valor de clculo del momento flector correspondiente a la combinacin ssmica,

obtenido a partir del espectro de respuesta reducido.MRd,i valor de clculo del momento resistente.

En la estimacin de los factores ri se puede prescindir de algunas pilas si la suma de sucontribucin en la resistencia del cortante ssmico total, inducido en la direccin considera-da, es menor del 20% del mismo.

b) A partir de los valores extremos de ri obtenidos en el paso anterior, se define el ndi-ce siguiente:

p = (4.5)

c) Se considera que un puente tiene un comportamiento irregular, en la direccin con-siderada, cuando:

p > 2 (4.6)Si, como resultado del proceso anterior, el puente resulta irregular en la direccin con-

siderada, se aplicar el mtodo del empuje incremental siguiendo las indicaciones del apar-tado 4.4 o bien se repetir el clculo modal espectral con un factor de comportamiento redu-cido qr, tal como se define a continuacin:

qr = q qdl (4.7)

siendo qdl el factor de comportamiento correspondiente al caso de ductilidad limitada, cuyosvalores figuran en la tabla 4.1.

4.2.3. Modelo estructural

El modelo estructural del puente se definir discretizando la estructura con un nmerosuficiente de grados de libertad para representar adecuadamente las distribuciones de masa,rigidez y amortiguamiento.

2p

rmxrmn

MEd,iMRd,i

30


El modelo debe ser capaz de reproducir los modos de vibracin ms importantes de laestructura que puedan ser activados por la accin ssmica. Tambin debe permitir los modoslocales, como la vibracin de pilas entre arco y tablero.

4.2.3.1. Masa

En el modelo de clculo, se considerar la participacin de las masas correspondientesa las acciones que estn presentes en la combinacin ssmica definida en el apartado 2.4.

Cuando existan pilas sumergidas, debe considerarse la masa de agua aadida porarrastre en el movimiento horizontal.

La masa debe concentrarse en puntos que posean los grados de libertad de desplaza-miento pertinentes. Estos puntos deben ser seleccionados en nmero y posicin suficientespara que no se produzcan prdidas de la masa total movilizada por el sismo. Adems, lamasa debe distribuirse de la forma ms fiel posible a su posicin real, teniendo en cuenta losposibles modos de vibracin, globales y locales.

4.2.3.2. Rigidez

Para determinar las caractersticas de rigidez a flexin en el modelo de clculo, se con-siderar la seccin bruta de los elementos.

Los apoyos elastomricos normales se modelizan mediante elementos elsticos lineales,con capacidad de deformacin por cortante y, en caso oportuno, por compresin. Se tendr encuenta lo indicado respecto a las caractersticas de los apoyos en los apartados 7.3 y 7.6.

En general, es conveniente tener en cuenta los efectos de la interaccin dinmicaentre terreno y estructura, incluyendo en el modelo el terreno circundante. La considera-cin de estos efectos es necesaria en los casos de estructuras rgidas apoyadas sobre sue-los blandos.

La flexibilidad del terreno en los apoyos podr simularse mediante sistemas de muelles.En aquellos casos en que sea difcil estimar unos valores fiables de las propiedades mec-nicas del suelo, el anlisis se llevar a cabo utilizando los valores mximos y mnimos esti-mados. Para el clculo de esfuerzos, se utilizar el valor mximo de la rigidez del suelo y,para el clculo de desplazamientos, se utilizar el valor mnimo.

4.2.3.3. Amortiguamiento

Como valor del ndice de amortiguamiento de la estructura, se tomar el que corres-ponda segn la tabla 4.2, salvo que se justifique adecuadamente otro valor.

Para los apoyos elastomricos normales se supondr un ndice de amortiguamientoigual al del resto de la estructura.

Cuando se tengan en cuenta los efectos de la interaccin dinmica entre terreno yestructura, se incluir el amortiguamiento del terreno de cimentacin, que tiene dos compo-nentes: el amortiguamiento interno, debido al comportamiento friccional e histertico y elamortiguamiento de radiacin, debido a la prdida de energa en las ondas radiadas hacia elinfinito desde las interfases con la cimentacin.

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Bajo la accin del simo Bajo la accin del simoTipo de estructura frecuente de clculo ltimo de clculo

Puentes de aceroPuentes de hormign pretensado 2 4Puentes mixtos

Puentes de hormign armado 3 5

TABLA 4.2.Valores recomendados para el ndice de amortiguamiento (en porcentaje)


4.2.4. Procedimiento de clculo

A partir de las ordenadas del espectro de respuesta reducido, definido en el apartado4.2.1, y utilizando el modelo de la estructura establecido segn el apartado 4.2.3, se deter-minar mediante un clculo elstico, de acuerdo con las leyes de la mecnica y con los prin-cipios del clculo de estructuras, la respuesta dinmica mxima de la estructura para todoslos modos de vibracin significativos. La respuesta global de la estructura se obtendrmediante una combinacin estadstica de las contribuciones modales mximas.

4.2.4.1. Modos significativos

Debern considerarse en el clculo todos aquellos modos cuya contribucin a la res-puesta estructural sea significativa.

Si M es la masa total del puente y Mi la masa correspondiente a un modo de vibracin,se considerar que la condicin anterior se cumple si la suma de las masas modales movili-zadas, correspondientes a los modos considerados (Mi)c, alcanza al menos el 90% de lamasa total M:

(Mi)c / M 0,90 (4.8)Si, excepcionalmente, una vez considerados todos los modos en que T 0,033 s, no se

alcanza el porcentaje de masa indicado en el prrafo anterior, el nmero de modos conside-rados podr considerarse aceptable siempre que se cumpla la condicin siguiente:

(Mi)c / M 0,7 (4.9)y, en ese caso, los valores finales de los efectos de la accin ssmica se multiplicarn por elfactor definido en la expresin (4.10).

= (4.10)donde:

= (4.11)

4.2.4.2. Combinacin de respuestas modales

Una vez efectuados los clculos modales, el valor mximo E del efecto de la accin ss-mica (esfuerzos, desplazamientos, etc) se obtendr, en general, mediante la raz cuadradade la suma de los cuadrados de los efectos modales Ei.

E = Ei2 (4.12)El valor E del efecto de la accin ssmica se considerar actuando en los dos sentidos.Cuando dos modos tengan perodos naturales muy prximos, la regla anterior queda del

lado de la inseguridad y deben aplicarse reglas de combinacin ms precisas. Se conside-rar que los perodos Tj Ti son muy prximos cuando la relacin = Tj / Ti supera el valor0,1/(0,1 + ), donde es el ndice de amortiguamiento, expresado en tanto por uno.

4.2.4.3. Combinacin de componentes de la accin ssmica

El valor mximo del efecto de las acciones E debido a la actuacin simultnea de laaccin ssmica en las direcciones horizontales X e Y, y en la direccin vertical Z, puede esti-marse a partir de los efectos mximos Ex, Ey y Ez, debidos a las componentes independien-tes de la accin ssmica segn cada eje, de acuerdo con la regla cuadrtica:

E = Ex2 + Ey2 + Ez2 (4.13)

(Mi)cM

41 30 14

32


Alternativamente, se puede utilizar como accin ssmica de proyecto AEd la peor de lascombinaciones siguientes:

AEx 0,30 AEy 0,30 AEz (4.14a)

0,30 AEx AEy 0,30 AEz (4.14b)

0,30 AEx 0,30 AEy AEz (4.14c)donde AEx, AEy y AEz son las acciones en las tres direcciones citadas, teniendo en cuenta lasconsideraciones hechas en el apartado 4.2.1 para la componente vertical.

4.2.4.4. Correccin de desplazamientos en puentes con comportamiento dctil

En estructuras con comportamiento dctil o de ductilidad limitada, los desplazamientosd eE obtenidos del clculo modal espectral con el espectro reducido se multiplicarn por la duc-tilidad en desplazamientos para obtener los desplazamientos ssmicos de clculo dE:

dE = d eE (4.15)El valor de depende de la zona del espectro en que se encuentre el periodo funda-

mental T de la estructura en la direccin considerada:

si T 1,25 TB = q (4.16)

si T < 1,25 TB = (q 1) + 1 5 q 4 (4.17)donde:

q factor de comportamiento considerado en el clculo de los desplazamientos d eE.TB valor del periodo que figura en la definicin del espectro de respuesta elstica,

segn el apartado 3.5.1.1.

4.3. Clculo dinmico no lineal en el tiempo

4.3.1. Accin ssmica

Para la realizacin de este tipo de clculos, la accin ssmica estar caracterizada poracelerogramas, actuando de forma simultnea, de acuerdo con las indicaciones que, encuanto a nmero y caractersticas de los mismos, figuran en el apartado 3.7. Se tendrn encuenta los efectos de las acciones gravitatorias y de otras acciones casi-permanentes con-currentes con la accin ssmica.

4.3.2. Modelo estructural

El modelo estructural debe tener en cuenta las necesidades del tipo de clculo que serealiza. Adems de cumplir lo dicho en el apartado 4.2.3, la discretizacin del modelo permi-tir representar adecuadamente el comportamiento post-elstico de los materiales (ver Ane-jo 3 y Anejo 4) y los efectos de segundo orden.

Se admite el uso de un amortiguamiento tipo Rayleigh en la banda de frecuencias deinters. El ndice de amortiguamiento no incluir el amortiguamiento histertico inherenteal comportamiento no lineal del material si ste ya est tenido en cuenta en el propio mo-delo.

En estructuras que dispongan de equipos de amortiguamiento se tendrn en cuenta lascaractersticas no lineales de tales equipos, de acuerdo con la informacin facilitada por elfabricante.

1,25 TBT

33


4.3.3. Procedimiento de clculo y verificacin

Se efectuar una integracin directa paso a paso en el tiempo, utilizando al menos trespares de acelerogramas horizontales independientes.

Como resultado final de los clculos estructurales, se tomar el valor medio de los resul-tados mximos correspondientes a cada conjunto (pares o tros) de acelerogramas, multipli-cado por el siguiente coeficiente:

cN = 1 + (4.18)

donde N es el nmero de conjuntos de acelerogramas utilizados.No es necesario verificar los distintos elementos estructurales a flexocompresin, pues-

to que tal verificacin es inherente al clculo no lineal. Sin embargo, s debe verificarse queen el tablero no se producen plastificaciones significativas.

S es necesario, sin embargo, verificar todos los elementos frente a modos de fallo nodctiles, como el cortante, as como el fallo del terreno de cimentacin. Para ello, se tomarcomo esfuerzos solicitantes el valor mximo de las respuestas estructurales para el conjun-to de los acelerogramas utilizados.

Cuando este mtodo se u

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NCSP 2007