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DISEÑO DEL ESTADO DEL ARTE DE PUENTES

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Valeria Mayorga

on 25 November 2014

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DISEÑO DEL ESTADO DEL ARTE DE PUENTES
Fuerzas Sísmicas: Reseña histórica
FILOSOFÍA DE DISEÑO DE LAS NUEVAS ESPECIFICACIONES
Objetivo: Proporcionar la capacidad suficiente para que pueda soportar un sismo severo sin colapsar.
Análisis sísmico según: "AASTHO"
Los procedimientos de análisis y las exigencias de diseño dependen de:
Diagrama de Flujo del diseño de puentes
En el caso de Ecuador se lo obtiene de la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC)

En 1958 el sismo es considerado como una fuerza horizontal:
En 1973 CALTRANS aporta con nuevos Criterios: Obtener el coef. sísmico mediante espéctros de diseño. se mantiene hasta 1982
En 1988 se tiene dos alternativas:
1.- El método de la fuerza estática equivalente
2.- "AASHTO Guide Specifícations for Seismic Design of Highway Bridges".

El sismo de diseño debe estar en función del coeficiente de aceleración máxima esperada en la zona de ubicación de la estructura y se deben utilizar intensidades reales.
sismo menor
sin daño
Los puentes de acuerdo a su importancia se clasifican en dos grupos:
sismos moderados
daños reparables
sismos severos
no se aceptan daños en la cimentación
Categoría de comportamiento sísmico: CCS
Cálculo de fuerzas y desplazamientos
En el análisis sísmico se tendrá en cuenta las recomendaciones que da la AASHTO respecto a:
a.- Espectro de diseño.
b.- Modelo matemático para el análisis.
c.- Combinación de las fuerzas sísmicas ortogonales.
d.- Factor de modificación de la respuesta R.

a.- Coeficiente de Respuesta Sísmica Elástica y Espectro
Ce=(1.2 Ad S)/T^(2/3)
Para el caso de análisis multimodal, se utiliza la misma expresión del coeficiente Ce, reemplazando T por el período Ti del correspondiente modo i de vibración.
b.- Modelo matemático para el análisis sísmico
Para el caso de análisis espectral multimodal la AASHTO recomienda:
c.- Combinación de las fuerzas sísmicas ortogonales
Estado de carga 1 de acciones sísmicas:
100% dirección longitudinal + 30% dirección transversal

Estado de carga 2 de acciones sísmicas:
100% dirección transversal + 30% dirección longitudinal
Las fuerzas sísmicas espectrales se deben dividir por el factor de modificación de respuesta R.
d.- Factor de modificación de respuesta R
- El nivel de aceleraciones (Ad ) que se espera en la zona de ubicación del puente.
- La importancia del puente, ( I ó II ).
- El tipo de estructura (regular o irregular).
Requerimientos mínimos de diseño
a.- Requerimientos para puentes de un solo tramo
a.- Las conexiones entre la superestructura y los estribos deben ser diseñados longitudinal y transversalmente para resistir una fuerza horizontal igual al producto de la reacción por carga permanente multiplicado por el coeficiente de aceleración Ad.
b.- La longitud de soporte Ls en los apoyos ver, no debe ser menor de lo indicado en la tabla.
b.- Requerimientos mínimos para puentes con CCS = A
a.- Las conexiones de la superestructura a la subestructura serán diseñadas para resistir una fuerza sísmica horizontal igual a 0.20 veces la reacción por carga permanente.

b.- Longitud de soporte de acuerdo a tabla anterior.

c.- Requerimientos mínimos para puentes con CCS = B
Para esta categoría de comportamiento las fuerzas sísmicas de diseño se determinan mediante un análisis sísmico espectral uni-modal; sin embargo, para el diseño de los elementos de la cimentación se utilizan fuerzas diferentes al resto de los elementos del puente, de la siguiente manera:
1) Fuerzas sísmicas de diseño para elementos estructurales y conexiones.
Combinación de carga
= 1.0 ( D + B + SF + E + EQM ) (1)
Donde:
D = Carga permanente
B = Subpresión
SF= Presión de agua
E = Empuje de tierra
EQM = Fuerzas sísmicas elásticas del estado carga 1 ó 2 modificadas por división entre el factor R apropiado
( EQ / R ).

2) Fuerzas sísmicas de diseño para cimentaciones
U =1.0 (D + B + SF + E + EQF ) (2)
Donde:
EQF: Fuerzas sísmicas elásticas del estado de carga 1 ó 2 modificadas dividiendo por la mitad del factor R (EQ / (0.5R)).
Los puentes con CCS = A, no requieren un análisis sísmico detallado.
d.- Requerimientos para puentes con cCS= C y D.
a.- Fuerzas sísmicas modificadas que se obtienen
en forma similar al de los puentes de categoría B, con la excepción que para las cimentaciones (EQF) se asume un factor R igual a 1.
b.- Fuerzas sísmicas resultantes de considerar rótulas plásticas en columnas y pilares.

Un puente REGULAR es aquel que no tiene un cambio brusco o inusual en masa, rigidez o geometría entre apoyos adyacentes.
Un puente IRREGULAR es aquel que no satisface la definición de puente regular.
La combinación de carga para el diseño de las cimentaciones se obtiene con la expresión (1) que corresponde a condiciones últimas, en consecuencia, también se debe utilizar la capacidad resistente última del suelo de fundación. Además, debido a que la acción sísmica es de naturaleza cíclica, dinámica y transitoria, se permite durante sismos, una separación del subsuelo (uplift) de hasta la mitad del área de contacto de la zapata siempre y cuando el suelo de cimentación no sea susceptible a perder su resistencia bajo cargas cíclicas.
e.- Requerimientos para el diseño sísmico de cimentaciones y estribos de puentes
f.- Consideraciones para el diseño en concreto armado
En general, para el diseño estructural de los elementos del puente se recomienda utilizar las especificaciones de la AASHTO y las recomendaciones del comité ACI-ASCE 343(4) que son más exigentes que el código del ACI para edificaciones.
1) Requerimientos para la categoría A
Para esta categoría de comportamiento sísmico no se establecen requisitos adicionales excepto lo establecido para las conexiones anteriormente.
2) Requerimientos para la categoría B
Para los puentes con CCS = B se ha establecido un refuerzo transversal mínimo en los extremos de las columnas en forma de cuantías mínima de refuerzo de corte y espaciamientos máximos permitidos.


3) Requisitos mínimos para las categorías C y D
a. Resistencia a flexión:
El factor de reducción de resistencia en columnas será 0.5 cuando el esfuerzo por carga axial exceda el 0.2*f‘c. El valor puede ser incrementado linealmente de 0.5 a 0.9 cuando el esfuerzo debido a la carga axial está entre 0.2 f ‘c y 0.
b. Refuerzo por cortante:
Adicionalmente a lo establecido en las especificaciones estándar de la AASHTO, se especifica: En los extremos de las columnas se asume que el esfuerzo cortante que toma el concreto es cero (Vc = 0) a menos que el esfuerzo mínimo por carga axial sea mayor que 0.l f ‘c.

Para los puentes con CCS = B, C o D, se debe realizar uno de los dos procedimientos de análisis que se definen a continuación:


Procedimiento 1: Método espectral uní-modal.
Procedimiento 2 : Método espectral multi-moda
La AASHTO especifica que el coeficiente de respuesta sísmica elástica Ce, sea determinado mediante la expresión:
El diseño conservador de las cimentaciones se encuadra con la filosofía del diseño sísmico de no permitir daños en las cimentaciones.
CONCLUSIONES
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