Dr Pique Del Pozo - Aspectos de Ingenieria Sismorresistente

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ASPECTOS DE INGENIERÍASISMORRESISTENTE

DrDr.. Ing Ing° Javier Piqué del Pozo° Javier Piqué del Pozo

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONESSÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Esquema

n Fuerzas horizontales: longitudinales,transversales, verticales

n Normas: AASHTO: estándar, LRFDn Clasificación de puentes:esenciales, otrosn Métodos según AASHTOn Propuesta de Normas Peruanasn Aisladores

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Criterios de diseño

Los principios usados en las normasAASHTO son:

n 1) Sismos leves a moderados deben serresistidos dentro del rango elástico de loselementos resistentes sin daño significativo

n 2) En el proceso de diseño deben usarseintensidades y fuerzas realistas.


Criterios de diseño (2)

Los principios usados en las normasAASHTO son:

n 3) Exposición a sismos severos no deberíacausar colapso parcial o total. Donde seaposible el daño producido debe serrápidamente detectable y accesible parainspección y reparación.

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PROCEDIMIENTO DEDISEÑO , basado en AASHTO


Diagrama de flujo del diseñosísmico (1)Determinación del

Coeficiente deaceleración (zona)

Determinación defactor de

importanciaAsignar categoríade comportamiento

sísmico (SPC)

Determinar el factor de suelo, S

Determinar el factor de modificación, R

Simplementeapoyado

SI, consideracionesmínimas en apoyos

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Diagrama de flujo del diseñosísmico (2)

Categoría A,consideraciones

mínimas en apoyosOtras categorías

Simplementeapoyado

SI, consideracionesmínimas en apoyos

NO


Proceso de análisis basadoen AASHTO 1996

n Determinar aceleración del suelo. AASHTO (A),Perú: (Z)

(Cuando se disponga de estudios de peligro sísmico en el sitio,Z podrá tomarse como el 75% de la aceleración del terreno,expresada en gals, que tiene una probabilidad de 90% de noser excedida en 50 años. Esto equivale a un período derecurrencia de aproximadamente 475 años con un riesgo de0.0021 eventos por año)

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Aceleración máxima del terreno

n Determinar aceleración del suelo. AASHTO (A),Perú: (Z)

Zona Factor Z

3 0.42 0.31 0.15


ZONAS SÍSMICASZONAS SÍSMICAS

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Importancia del puenteClasificar la importancia del puente: (3.3)n Para efectos de establecer los procedimientos mínimos

de análisis, así como para determinar los coeficientesde modificación de la respuesta en distintos casos, lospuentes se clasificarán en dos categorías:

• Esenciales, es decir aquellos que deberán quedaren condiciones operativas después de un sismocon las características de diseño, a fin de permitirel paso de vehículos de emergencia y deseguridad o defensa.

• No esenciales


Importancia del puenteClasificar la importancia del puente: (3.3)

Función Índice de Importancia

Esencial IOtros II

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Categoría de desempeño

n Asignarle una categoría de respuesta odesempeño sísmico (SPC) (3.4): A,B,C o D

Categoría de desempeño sísmicoCoeficiente de aceleración Factor de importancia

A (de AASHTO) I IIA ≤ 0.09 A A

0.09 < A ≤ 0.19 B B0.19 <A ≤ 0.29 C C

0.29 < A D C


Coeficiente de sitio (suelo)n Determinar el factor de suelo (3.5)

Tipo Descripción Tp (s) S

S1 Roca o suelos muyrígidos

0.4 1.0

S2 Suelos intermedios 0.6 1.2

S3 Suelos flexibles ocon estratos de granpotencia

0.91.4

(AASHTO

1.5)S4 Condiciones

excepcionales* *

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Factor de modificación, RCoeficientes de Modificación de la Respuesta, R (1996)

Subestructura R

Pilares tipo muro o pared 2Pórticos con pilares de concreto armado• Sólo pilares verticales 3,0• Uno o más pilares inclinados 2,0Columnas aisladas 3Pilares de acero o compuestos de acero yconcreto• Sólo pilares verticales 5,0• Uno o más pilares inclinados 3,0Pórticos con múltiples columnas 5,0


Factor de modificación, R

Conexiones REntre superestructura y estribos 0,8Juntas de dilatación 0,8Pilares con cabezal y columnas o pilares consuperestructura

1,0

Columnas o pilares con la cimentación 1,0

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Procedimiento de análisis

n Definir el procedimiento de análisis:n 1: Análisis espectral unimodal (1 gdl equivalente)n 2: Análisis modal espectral (multimodal)

Categoría Tipo de puente con dos omás tramos

REGULAR IRREGULARB 1 1C 1 2D 1 2

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Puentes simplementeapoyados

Puentes simplemente apoyados: no requierenanálisis sísmico especial, deben cumplir requisitosmínimos de fuerza y desplazamiento:

n Fuerzas de diseño (4.5, 4.6):Las conexiones entre superestructura y estribos

deberán resistir: V= Reacción x ZLas conexiones entre superestructura y

subestructura deberán resistir 0.2 x Reacción depeso muerto

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Puentes simplementeapoyados

Puentes simplemente apoyados:n Desplazamientos de diseño (4.9).Categoría Longitud mínima de apoyos, N (mm)n A,B N = 203 + 1.67L + 6.66Hn C,D N = 305 + 2.50L + 10Hdonde L= Longitud de la suprestructura (m)

H = altura del pilar o columnasNota: Categoría B, si el análisis da mayores valores estos serán

considerados como los mínimos


NN

L

Longitud mínima de apoyo

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Longitud mínima de apoyo



Análisis: Determinación de fuerzas y desplazamientos

Determinar método de análisis

Combinar acciones longitudinales y transversales

Determinar fuerzas de diseño y desplazamientos

Diseñar los elementos estructurales

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Diseñar estribos

Diseñar cimentación (6)

SI, diseñocompletado

NO, revisar laestructura

Son los elementosadecuados

DETERMINACIÓN DE LASACCIONES SÍSMICAS

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Dirección de análisis

Para puentes clasificados como B,C y D sehará el análisis en dos direccionesortogonales independientes


Combinación de fuerzas

n Estado de cargas I: 100% en la direcciónlongitudinal más 30% en la direccióntransversal

n Estado de cargas II: 100% en la direccióntransversal más 30% en la direcciónlongitudinal

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Métodos de Análisis

n Procedimiento I: Espectral con un gradode libertad equivalente

n Procedimiento II: Modal espectral(multimodal)


Coeficiente Sísmico (Proc. 1)

AT

ASC s 5.2

2.13/2 ≤

=

A= coeficiente de aceleración, Z en el caso peruano

S= factor de suelo

T= período del puente

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Espectro de diseñonormalizado


Coeficiente Sísmico modal(Proc. 2)

AT

ASC

msm 5.2

2.13/2 ≤

=

A= coeficiente de aceleración, Z en el caso peruano

S= factor de suelo

T= período del modo “m”

(Excepción para períodos cortos, no aplicable al caso peruano)

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Procedimiento I (un modo)n 1) En cada dirección, calcular el

desplazamiento estático vs(x) producido poruna carga unitaria uniforme, po. La cargaes aplicada sobre todo el puente.

n 2) Calcular los factores αα, ββ, γγ


Modelo equivalente:desplazamientos calculados

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Modelo equivalente:desplazamientos calculados


Procedimiento I (un modo)

dxxvs )(∫=α

dxxvxw s )()(∫=β

dxxvxw s2)()(∫=γ

w(x) es el peso muerto de la superestructura del puente y delos elementos de la subestructura que aporten a la inercia

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Procedimiento I (un modo)n 3) Calcular el período del puente

αγπgp

To

2=


Procedimiento I (un modo)

n 4) Calcular la carga de sismo estáticaequivalente

n 5) Aplicar la carga anterior y calcular lasfuerzas y desplazamientos actuantes

)()()( xvxwC

xp ss

e γβ

=

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Procedimiento II (multimodal)n 1) Modelar la estructura: masas y rigideces

2) Resolver el problema de valorescaracterísticos

n 3) Calcular contribución modaln 4) Combinar respuestas modales, usar

(RCSC)


Análisis dinámico

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Puentes categoría B

Combinación de cargas = 1.0 (D+B+SF+E+EQM)donde:

D: carga permanenteB: SubpresiónSF: Presión de aguaE: empuje de tierrasEQM: Fuerzas de las combinaciones 1 y 2divididas por R


Puentes categoría C y D

Fuerzas modificadas similarmente a categoría B,excepto que para cimentaciones R=1

Fuerzas resultantes de considerar articulacionesplásticas en columnas y pilares

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AISLADORES


Aisladores sísmicos

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Estructura típica de unaislador

Láminas de acero 3mmLáminas de acero 3mm Separación ~6mmSeparación ~6mm

PlomoPlomo


Aisladores sísmicos.

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