Diseño Sísmico Para Puentes

GENERALIDADES

Un sismo:

Es un evento físico causado por la liberación repentina de energía debido a una dislocación o deslazamiento en la corteza terrestre; parte de la energía es irradiada en todas direcciones en forma de ondas elásticas u ondas sísmicas. Es percibido en la superficie como una vibración en el terreno, y se le denomina temblor cuando no causa daños, y terremoto cuando la sacudida es violenta y el evento es destructivo, causando danos severos y víctimas.

Un puente:

Los puentes son estructuras que proporcionan una vía de paso sobre el agua, una carretera, o una vía férrea, pero también pueden transportar tuberías y líneas de distribución de energía, y tienen que contar por lo menos, con un carril para circulación del tráfico u otras cargas rodantes y que tenga un claro, medido a lo largo del centro de la vía, que exceda de 6.00 metros entre los apoyos en los estribos ó entre arranques de los arcos, ó los extremos de las aberturas exteriores en cajas múltiples.

Los puentes constan fundamentalmente de dos partes:

La superestructura: comprende todos los elementos de un puente que están ubicados sobre los apoyos. Cada tramo de la superestructura consta de un tablero o cubierta, una o varias vigas de apoyo y elementos secundarios (diafragmas, arriostramientos y juntas).

La subestructura o infraestructura (apoyos o soportes): formada por los apoyos, estribos, pilas y fundaciones. Los estribos van situados en los extremos del puente y sostienen los terraplenes que conducen a él. Las pilas son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos.

Clasificación de Puentes:

A los puentes podemos clasificarlos:

Según su Función:

Peatonales

Carreteros

Ferroviarios

Por los materiales de Construcción:

Madera

Mampostería

Acero Estructural

Sección Compuesta

Concreto Armado

Concreto Presforzado

Por el tipo de estructura:

Simplemente apoyados

Continuos

Simples de tramos múltiples

Cantiléver (brazos voladizos)

En arco

Atirantado (utilizan cables rectos que atirantan el tablero).

Colgantes

Levadizos (basculantes)

Pontones (puentes flotantes permanentes).

Ubicación y elección del tipo de Puente:

Los puentes son obras que requieren para su proyecto definitivo estudiar los siguientes aspectos:

Localización de la estructura o ubicación en cuanto a sitio, alineamiento, pendiente y rasante.

Tipo de puente que resulte más adecuado para el sitio escogido, teniendo en cuenta su estética, economía, seguridad y funcionalidad.

Forma geométrica y dimensiones, analizando sus accesos, superestructura, infraestructura, cauce de la corriente y fundaciones.

Obras complementarias tales como: barandas, drenaje de la calzada y de los accesos, protección de las márgenes y rectificación del cauce, si fuera necesario forestación de taludes e iluminación.

En caso de obras especiales conviene recomendar sistemas constructivos, equipos, etapas de construcción y todo aquello que se considere necesario para la buena ejecución y estabilidad de la obra.

Estudios básicos de Ingeniería para el Diseño de Puentes:

Estudios topográficos

Estudios de hidrología e hidráulicos

Estudios geológicos y geotécnicos

Estudios de riesgo sísmico: Tienen como finalidad determinar los espectros de diseño que definen las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota de cimentación.

Estudios de impacto ambiental

Estudios de tráfico

Estudios complementarios

Estudios de trazo y diseño vial de los accesos

Estudio de alternativas a nivel de anteproyecto

Como cualquier otra estructura los puentes están sometidos a fuerzas sísmicas, que en muchas ocasiones han provocado colapso y daños severos en muchos puentes. Aunque se pueda definir la causa particular del colapso, es difícil generalizar las causas que originan los daños en puentes. En los terremotos pasados, la naturaleza y la dimensión de daño que cada puente ha sufrido depende de las características del sitio donde se encuentra y de los detalles de construcción de cada uno de ellos. Ningún sismo, ningún puente son idénticos; el diseño y las prácticas de construcción varían alrededor del mundo.

La ductilidad, la redundancia y la importancia operativa son aspectos significativos que afectan el margen de seguridad de los puentes. Mientras que las dos primeras se relacionan directamente con la resistencia física, la última tiene que ver con las consecuencias que implicaría que el puente quede fuera de servicio.

REQUISITOS GENERALES

A menos que se especifique lo contrario, cada uno de los elementos y conexiones debe satisfacer la Ecuación para cada uno de los estados límites. Para los estados límites de servicio y correspondientes a eventos extremos los factores de resistencia se deben tomar igual a 1,0 excepto para bulones, a los cuales se aplican los requisitos del Artículo 6.5.5, y para columnas de hormigón en Zonas Sísmicas 3 y

4, a las cuales se aplican los requisitos del Artículo 5.10.11.4.1b. Todos los estados límites se deben considerar de igual importancia.

∑▒η_i γ_i Q_i≤ΦR_n=R_r

Donde:

Para cargas para las cuales un valor máximo de γ_(i )es apropiado:

η_i=η_D η_R η_l≥0.95

Para cargas para las cuales un valor mínimo de γ_(i ) es apropiado:

η_i=1/(η_D η_R η_l )≤1.0

Donde:

γ_(i ) = factor de carga: multiplicador de base estadística que se aplica a las solicitaciones.

ϕ = factor de resistencia: multiplicador de base estadística que se aplica a la resistencia nominal, según lo especificado en las Secciones 5, 6, 7, 8, 10, 11 y 12.

η_i = factor de modificación de las cargas: factor relacionado con la ductilidad, redundancia e importancia operativa.

η_D = factor relacionado con la ductilidad, según lo especificado en el Artículo 1.3.3.

η_R = factor relacionado con la redundancia, según lo especificado en el Artículo 1.3.4.

η_l = factor relacionado con la importancia operativa según lo especificado en el Artículo 1.3.5.

Q_i = solicitación

R_n= Resistencia nominal.

R_r= resistencia mayorada: 〖ϕR〗_n

La influencia de η sobre el índice de confiabilidad, β, se puede estimar observando su efecto sobre los mínimos valores de β calculados en una base de datos de puentes de vigas compuestas. A los fines de su discusión, los datos sobre puentes de vigas compuestas usados para calibrar estas Especificaciones se modificaron multiplicando las cargas mayoradas totales por η = 0,95; 1,0; 1,05 y 1,10. Se determinó que los valores mínimos de β resultantes para 95 combinaciones de longitud, separación y tipo de construcción eran aproximadamente 3,0; 3,5; 3,8 y 4,0 respectivamente.

Estado Límite de Servicio

El estado límite de servicio se debe considerar como restricciones impuestas a las tensiones, deformaciones y anchos de fisura bajo condiciones de servicio regular.

El estado límite de servicio proporciona ciertos requisitos basados en la experiencia que no siempre se pueden derivar exclusivamente a partir de consideraciones estadísticas o de resistencia.

Estado Límite de Fatiga y Fractura

El estado límite de fatiga se debe considerar como restricciones impuestas al rango de tensiones que se da como resultado de un único camión de diseño ocurriendo el número anticipado de ciclos del rango de tensión. El estado límite de fractura se debe considerar como un conjunto de requisitos sobre resistencia de materiales de las Especificaciones sobre Materiales de AASHTO.

La intención del estado límite de fatiga es limitar el crecimiento de las fisuras bajo cargas repetitivas, a fin de impedir la fractura durante el período de diseño del puente.

Estado Límite de Resistencia

Se debe considerar el estado límite de resistencia para garantizar que se provee resistencia y estabilidad, tanto local como global, para resistir las combinaciones de cargas estadísticamente significativas especificadas que se anticipa que el puente experimentará durante su período de diseño.

Bajo el estado límite de resistencia se pueden producir tensiones muy elevadas y daños estructurales, pero se espera que la integridad estructural global se mantenga.

Estados Límites correspondientes a Eventos Extremos

Se debe considerar el estado límite correspondiente a eventos extremos para garantizar la supervivencia estructural de un puente durante una inundación o sismo significativo, o cuando es embestido por una embarcación, un vehículo o un flujo de hielo, posiblemente en condiciones socavadas.

Se considera que los estados límites extremos son ocurrencias únicas cuyo período de recurrencia puede ser significativamente

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