Prof. Corres Peiretti

PROYECTO CONCEPTUAL DE PUENTES EN ZONAS SISMICAS CONCEPTUAL DESIGN OF BRIDGES IN SEISMIC AREASHugo Corres PeirettiProf. Dr. Ingeniero de Caminos Canales y Puertos

Mara Fernanda Defant ErimbaueIngeniero Civil RESUMEN

A diferencia de las estructuras de edificacin, los puentes, en general, son sistemas poco redundantes y por tal motivo requieren un tratamiento especial y cuidadoso en el proyecto y detalle de armado de cada uno de sus elementos. En este trabajo realiza un resumen de las bases de proyecto y diseo conceptual de este tipo de estructuras en zona ssmica introduciendo el concepto de diseo por capacidad.

SUMMARY Unlike buildings structures, bridges, in general, are not highly redundant systems and for this reasons they need a special and careful treatment in the design and detailing of each of element. This work presents a summary of the basic project and conceptual design of bridges in seismic regions, base on the concept of design by capacity.

INTRODUCCIN En recientes terremotos ocurridos en California [2], Japn [3], Amrica central y del sur, numerosos puentes proyectados con arreglo a cdigos relativamente modernos se han cado o han resultado severamente daados. Este comportamiento tan pobre puede ser atribuido, en la mayora de los casos, a la filosofa de proyecto y a la poca atencin dedicada a los detalles. Los esquemas estructurales de los puentes son, en general, sistemas poco redundantes. La rotura de un elemento estructural puede desencadenar el colapso de toda la estructura. Mientras que por un lado esta simplicidad estructural puede dar lugar a una mayor precisin en la definicin de la respuesta ssmica, tiene la desventaja de que cualquier error puede conducir al colapso del puente. Los puentes, por otra parte, son muy sensibles a la interaccin suelo-estructura. Muchos estn construidos en zonas con condiciones geotcnicas complicadas. La accin ssmica en este tipo de terrenos puede producir la aparicin de problemas de licuefaccin, para puentes largos sobre terrenos variables la accin ssmica puede variar a lo largo del puente, etc. Todas estas consideraciones requieren un tratamiento especial y cuidadoso en el proyecto de puentes en zonas ssmicas.

Hugo CORRES PEIRETTI, M. F. DEFANT ERIMBAUE

BASES DE PROYECTO PARA PUENTES DE HORMIGN EN ZONAS SSMICAS A la luz de los resultados observados en los ltimos sismos se ha producido en las ltimas dcadas un replanteamiento del diseo de puentes y en general del diseo de estructuras en zonas ssmicas. En trminos generales se puede decir que el nuevo planteamiento es que se eviten daos para sismo con alta probabilidad de ocurrencia y que se admitan daos reparables y ausencia de colapso, para sismos con baja probabilidad de ocurrencia. En la bibliografa [1] se han planteado distintas propuestas. Las ltimas normas [2] [3] [4] que han aparecido presentan dos niveles para la accin ssmica y dos niveles de exigencia para la estructura, relacionados con cada nivel de accin, tal como se ha comentado en el prrafo anterior. Por un lado, un sismo frecuente es un sismo que tiene una alta probabilidad de ocurrencia y generalmente corresponde a un periodo de retorno de 100 o 200 aos, dependiendo de la importancia del puente. Teniendo en cuenta que los puentes se proyectan con una vida til de 100 aos, estos terremotos tienen una probabilidad del 100%, para un periodo de retorno de 100 aos, o del 50%, para un periodo de retorno de 200 aos, de ser superados a lo largo de su vida til. Para esta accin se admite que la estructura puede sufrir daos menores, nicamente en los elementos secundarios (juntas de dilatacin, losas de continuidad, etc.) y en aquellas partes del puente especficamente proyectadas para contribuir a la disipacin de energa. Es decir, despus de un terremoto de esas caractersticas, la estructura no requerir reparaciones inmediatas ni restricciones de trfico. En algunos cdigos se llama a este sismo o esta situacin de proyecto, sismo de Servicio. Debe notarse, adicionalmente, que las condiciones exigidas a la estructura son condiciones propias de Estados Lmite de Servicio. Esta situacin puede crear una cierta confusin porque el sismo, en si mismo, es una situacin de proyecto accidental y por lo tanto de Estado Limite Ultimo. Segn esta propuesta, y este es un concepto nuevo, el sismo frecuente es un sismo que sirve para comprobar condiciones de servicio, que son particulares porque se trata de una accin especial. Adicionalmente debe considerarse un sismo caracterstico que tiene baja probabilidad de ocurrencia y generalmente corresponde a un periodo de retorno de 500 o 1000 aos, dependiendo de la importancia del puente. Teniendo en cuenta que los puentes se proyectan con una vida til de 100 aos, estos terremotos tienen una probabilidad del 20%, para el periodo de retorno de 500 aos, o 10%, para el periodo de retorno de 1000 aos, de ser superados a lo largo de su vida til. Para esta accin se exige que el puente soporte este sismo sin que se produzca colapso, local o global. Es decir, despus de que ocurra un evento ssmico de estas caractersticas, el puente debe mantener su integridad estructural y una capacidad resistente residual suficiente para permitir el trfico de emergencia, aunque los daos producidos puedan ser importantes y requerir reparaciones posteriores para restablecer las condiciones iniciales de la estructura. Esta situacin es ms una situacin correspondiente a Estados Limites ltimos y en algunos cdigos se define este sismo como el sismo de Estado Lmite ltimo. Estrictamente hablando, este sismo y las condiciones de comportamiento que se exigen a la estructura en


estas condiciones no son exactamente las que se plantean para otros Estados Lmites ltimos. Esta situacin tambin puede crear un poco de confusin pero puede justificarse por las caractersticas extraordinarias de la accin, su elevada probabilidad de ocurrencia, si se compara con otras acciones en relacin con la vida til de la estructura, y por los costos de reparacin. En realidad se plantea como sismo caracterstico un sismo con un 20 o 10 % de probabilidad de ocurrencia en la vida til de la obra, mayor que para otras acciones, y para esta situacin lgicamente se propone mantener el dao estructural a niveles reparables y la posibilidad de reutilizacin de la estructura. Para el caso de puentes muy especiales, por sus caractersticas e importancia, en la literatura especializada [5] se plantea la definicin de un sismo de colapso con un periodo propio superior a los 5000 aos y, consecuentemente, una probabilidad de ocurrencia muy pequea. Cuando se considere necesario tener en cuenta la accin ssmica durante la construccin puede definirse un sismo de construccin correspondiente a un periodo de retorno no menor de 5 veces la duracin de la etapa constructiva, lo que implica una probabilidad de ocurrencia del orden del 20% durante esa etapa. En estos casos, cuando el procedimiento constructivo supone cambios significativos del esquema estructural respecto del correspondiente a la situacin de servicio, puentes construidos por voladizos sucesivos o puentes con procedimientos constructivos que supongan una construccin evolutiva de la estructura, o cuando el periodo de construccin sea muy grande, tambin puede exigirse el requisito de ausencia de colapso para el sismo de construccin. Esta situacin se justifica por razones econmicas ya que la reconstruccin de un puente de este tipo puede resultar extremadamente cara. En la figura 2.1 se muestran superpuestos tres espectros de respuesta [8] correspondientes a los tres sismos descritos, caracterstico, frecuente y de construccin, para estructuras de importancia normal y para un terreno tipo I.Espectro de aceleraciones6.00 5.50 5.00 4.50 4.00 TERRENO TIPO I TA TB 0.55 0.50 0.45 0.40 SISMO CARACTERSTICO 0.35 0.6

Sa [m/seg2]

3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0 0.5 TA TB TA TB

S /a S /a Sa/ag

0.30 0.25 0.20 SISMO FRECUENTE DE CLCULO TC TC TC 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0.15 0.10 0.05 0.00

SISMO DE CONSTRUCCIN

T [seg]

Figura 2.1. Espectro de aceleraciones, para los sismos caracterstico, frecuente y de construccin, para puentes de importancia normal y para un terreno tipo I.


La definicin de la accin ssmica correspondiente a cada sismo de clculo debe hacerse de acuerdo con los datos ssmicos de cada zona y sus condiciones geolgicas.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Frente a los distintos sismos que se han definido, como acciones a tener en cuenta en el proyecto de un puente, y teniendo en cuenta las exigencias planteadas para cada situacin de proyecto, es necesario definir qu comportamiento estructural se requiere en cada caso. En la figura 3.1 se muestra la respuesta de un puente de losa aligerada apoyado sobre fustes circulares. La verdad es que la figura muestra ms que el comportamiento de un puente el comportamiento de una pila empotrada en la cimentacin, en este caso una cimentacin con pilotes, y apoyada en el tablero con un sistema de apoyo fijo con capacidad de rotacin. En trminos genricos se puede decir que el comportamiento de esta pila puede considerarse representativo del comportamiento del puente, si todas las pilas tienen aproximadamente igual altura y si las condiciones de apoyo en los estribos son tales que permitan a las pilas tener el mayor protagonismo en el esquema resistente frente a la accin ssmica.

Figura 3.1 Comportamiento de un puente de hormign [1] Est claro que la estructura puede comportarse de forma elstica o casi elstica. En estos casos, para las solicitaciones debidas al sismo, las secciones ms solicitadas tendrn un comportamiento esencialmente elstico o moderadamente no lineal. Este sera el caso de una estructura en la que para la accin ssmica, las secciones ms comprometidas pueden superar la deformacin del lmite elstico del acero y alcanzar las deformaciones plsticas moderadas mximas del hormign. En la figura 3.1 esta situacin estara representada por una estructura que con un comportamiento elstico perfecto estara solicitada con un cortante en la base de V2. Sin embargo, debido al moderado comportamiento no lineal aceptado el cortante mximo resulta V1, ligeramente inferior que V2.


Este tipo de comportamiento es el que se exige para el sismo frecuente, con una alta probabilidad de ocurrencia. Se admite que despus de un sismo de este tipo, que tiene una probabilidad 100 o del 50 % de producirse a lo largo de la vida til de la obra, la estructura pueda fisurarse, pero la fisuracin ser pequea y despus del sismo, debido a la influencia favorable de las acciones verticales permanentes y al ablandamiento del acero debido al efecto Bauschinger [9], se cerrar casi completamente. Tambin se puede admitir que el hormign se deforme en rango no lineal pero limitando esta deformacin a valores prximos al 2 o similares. Tambin puede aceptarse este comportamiento para el sismo caracterstico. En este caso el rango de comportamiento admitido para las secciones ms solicitadas es el mismo que se admite en estado lmite ltimo para situaciones de proyecto accidentales frente a acciones estticas. El nivel de no linealidad aceptado es un nivel que puede causar daos reparables, pero muy leves. La armadura se plastifica pero con valores mximos de deformacin que no sobrepasan cuatro veces la deformacin de plastificacin y el hormign se deforma en rango no lineal, limitando su deformacin a la que produce la rotura del recubrimiento. El lector acostumbrado a trabajar con diagramas momento curvatura sabe que, a nivel de seccin, unas condiciones como las indicadas pueden dar lugar, en funcin de la cuanta o del nivel de axil de la seccin, a diagramas momento curvatura no lineales y valores de ductilidad en trminos de curvaturas, relacin entre la curvatura ltima y la curvatura que produce la plastificacin del acero traccionado =

u

y

, del orden de 3 o 4. Estos valores

de ductilidades seccionales, como se ver seguidamente, no producen una gran ductilidad en trminos de deformaciones, relacin entre la deformacin mxima admitida por el elemento estructural y la deformacin que produce la plastificacin de la armadura traccionada =

u

y

, tal como se muestra en la figura 3.1. La ductilidad en trminos de

deformaciones es la que condiciona el comportamiento de las estructuras frente a acciones ssmicas. Otra alternativa es admitir para la estructura un comportamiento dctil, con lo que se consigue una reduccin importante de la accin ssmica. Si la estructura tiene un comportamiento dctil adecuado, tal como se muestra en la figura 3.1, podr desarrollar un desplazamiento adecuado, equivalente al elstico, D3 en la figura, pero con cortante de base considerablemente reducido V2 en relacin con el elstico V3. Esta reduccin ser tanto mayor como mayor sea la capacidad de deformacin de la estructura manteniendo una adecuada capacidad resistente constante. Para este tipo de comportamiento, con grandes desplazamientos, el hormign comprimido sufre grandes deformaciones plsticas y pierde el recubrimiento. El acero debe disponer de gran ductilidad y las deformaciones a las que est sometido son grandes deformaciones plsticas que provocan una fisuracin importante que no se cierra despus del sismo. En definitiva la reduccin de la accin ssmica, disipacin de energa por histresis, se consigue con un comportamiento plstico y con dao. En cualquier caso, si las secciones donde se forman las rotulas plsticas estn adecuadamente dimensionadas y confinadas, el hormign interior a los cercos permanece competente y con capacidad resistente suficiente despus del sismo y puede resistir las acciones permanentes, pero requiere reparaciones para restituir el recubrimiento y sellar las fisuras. El inconveniente que tiene adoptar este tipo de comportamiento para la estructura, o dicho de otra manera de no proyectar con las fuerzas correspondientes a la respuesta elstica de


la estructura, es la posibilidad de tener que reparar los daos a lo largo de su vida til. Por el contrario el beneficio es que la estructura se proyecta para una accin ssmica menor, lo que implica unos costos iniciales menores. Como resumen de las ideas expuestas, se puede decir que los puentes tienen, en general, que comprobarse para un sismo caracterstico y otro frecuente. Ocasionalmente, dependiendo del tipo de estructura, puede ser necesario comprobar la estructura durante la construccin para la accin de un sismo definido especficamente para tal fin. Para el sismo caracterstico los puentes pueden proyectarse para que su comportamiento sea dctil, de ductilidad limitada o esencialmente elstico. En los puentes con comportamiento dctil, se supone que la disipacin de energa se produce por la formacin de rtulas plsticas, cuya ductilidad debe ser suficiente. Para asegurar un comportamiento dctil es necesario que se cumplan las condiciones indicadas a continuacin.

Condicin de resistencia. Debe comprobarse que las rtulas plsticas disponen de unaresistencia adecuada, tanto a flexin como a cortante, y que el resto de las zonas de la estructura, fuera de las rtulas plsticas, disponen tambin de resistencias adecuadas, todo ello de acuerdo con los criterios de proyecto, que se exponen en el apartado siguiente. Ya que el comportamiento dctil supone necesariamente grandes deformaciones, cuando sea necesario, debern tenerse en cuenta los efectos de segundo orden inducidos en las pilas.

Condicin de desplazamientos. Debe comprobarse que la longitud de entrega en apoyoses suficiente para evitar descalces y que la anchura de juntas es suficiente para evitar el martilleo entre elementos estructurales. Estas longitudes deben estimarse de acuerdo con los criterios que se exponen en el apartado siguiente.

Condicin de ductilidad. Debe garantizarse una ductilidad local adecuada en las zonasen las que se admita la formacin de rtulas plsticas. Para puentes sencillos puede considerarse que se cumple la condicin de ductilidad, si se adoptan unos detalles de armado adecuados, como los indicados en el apartado siguiente. En el caso de puentes menos normales o singulares, si se adopta un comportamiento dctil debern armarse las zonas de las rotulas plsticas para asegurar tal ductilidad y deber comprobarse mediante clculos especficos que la ductilidad adoptada esta asegurada. En los puentes con comportamiento de ductilidad limitada, se supone que se alcanza un determinado nivel de plastificaciones que, sin ser significativo, da lugar a una cierta disipacin de energa. Para asegurar este tipo de comportamiento deben cumplirse las condiciones indicadas a continuacin.

Condicin de resistencia. Debe comprobarse que todas las secciones y elementosestructurales tienen una resistencia adecuada, de acuerdo con los mismos criterios que los utilizados para situaciones persistentes, no ssmicas.

Condicin de desplazamientos. Debe comprobarse que la longitud de entrega en apoyoses suficiente para evitar descalces y que la anchura de juntas es suficiente para evitar el martilleo entre elementos estructurales.


Condicin de ductilidad. En las zonas donde se prevea la formacin de rtulas plsticas,es recomendable que comportamiento dctil. se adopten los detalles de armado exigidos para

En los puentes con comportamiento esencialmente elstico, se supone que no se produce disipacin de energa por la formacin de rtulas plsticas y, por tanto, los efectos de la accin ssmica no se reducen como en los casos anteriores. Para asegurar este tipo de comportamiento deben cumplirse las siguientes condiciones.

Condicin de resistencia. Debe comprobarse que todas las secciones y elementosestructurales tienen una resistencia adecuada, de acuerdo con los mismos criterios que los utilizados para situaciones persistentes, no ssmicas.

Condicin de desplazamientos. Debe comprobarse que la longitud de entrega en apoyoses suficiente para evitar descalces y que la anchura de juntas es suficiente para evitar el martilleo entre elementos estructurales.

Condicin de ductilidad. Para este tipo de comportamiento, no es necesario hacerninguna comprobacin especfica de ductilidad ni adoptar ningn tipo de detalle constructivo especfico. Para el sismo frecuente el comportamiento de los puentes deber ser elstico. Este comportamiento queda asegurado sin necesidad de comprobaciones adicionales, cuando el puente ha sido proyectado para tener un comportamiento esencialmente elstico o de ductilidad limitada bajo la accin del sismo ltimo de clculo. Si para esta accin, se ha previsto un comportamiento dctil, ser necesario efectuar las comprobaciones indicadas a continuacin para la combinacin de acciones correspondiente al sismo frecuente.

Condicin de plastificaciones. Debe comprobarse que en ninguna seccin se alcance ellmite elstico del acero ni se produzcan prdidas de recubrimiento de las armaduras.

Condicin de desplazamientos. Desde el punto de vista de los desplazamientos deltablero debe tenerse en cuenta que en esta situacin se supone que el puente queda abierto al trfico despus del sismo, por lo que es necesario comprobar que las juntas de calzada permiten los desplazamientos mximos y mnimos calculados teniendo en cuenta la accin ssmica. Para el sismo de construccin el comportamiento de los puentes podr ser dctil, de ductilidad limitada o esencialmente elstico, igual que para el sismo caracterstico.

ESTRUCTURAS CON COMPORTAMIENTO DCTIL Y PROYECTO POR CAPACIDAD Tal como se ha comentado en el apartado anterior, para el sismo caracterstico se admite que los puentes puedan comportarse como estructuras dctiles. Con este comportamiento dctil se puede conseguir que la estructura disipe energa por deformacin plstica, energa plstica o histertica, con el consiguiente dao localizado en las zonas de formacin de las rotulas plsticas y que la accin ssmica resultante sea menor que la correspondiente a la estructura con comportamiento elstico.


Tradicionalmente, se ha permitido utilizar un anlisis modal empleando un espectro elstico y luego, para las comprobaciones resistentes, se disminuan los esfuerzos obtenidos por un coeficiente de ductilidad global o coeficiente de comportamiento. Este coeficiente de ductilidad depende de la tipologa del puente y de las caractersticas no lineales de los elementos estructurales comprometidos en la resistencia de los esfuerzos ssmicos. Este coeficiente global no se puede determinar de forma precisa para cualquier tipo de puente. Para puentes sencillos, las distintas normativas dan unos valores [4] [8], a partir de estudios, ms o menos sencillos y generales, realizados y del comportamiento observado en terremotos reales. Para puentes en los que la capacidad resistente al sismo esta resuelta con las pilas y todas tienen las mismas caractersticas, es posible determinar de forma aproximada el coeficiente de comportamiento. En la figura 4.1 se muestra el diagrama momento curvatura experimental de una seccin de una pila sometida a carga cclica [11]. En la misma figura se muestra una prediccin terica frente a carga montona creciente de la misma seccin. En la referencia [11] se comprueba con una serie de ensayos que los diagramas momento curvatura correspondientes a una carga montona creciente son una especie de envolvente del diagrama correspondiente a carga cclica. A partir de esta comprobacin se acepta, por su mayor facilidad, trabajar con diagramas momento curvaturas para cargas montonas.Contrastacin diagrama momento curvatura experimental vs terico20.0

15.0

10.0

5.0

M [kNm]

0 -50 0 50 100 150 200 250

-100

-5.0

-10.0 Resultado experimental Resultado terico -15.0

1/r [km-1]

Figura 4.1 Diagrama momento curvatura experimental un pilar sometido a carga cclica superpuesto con un diagrama momento curvatura terico para una carga montona creciente El comportamiento dctil seccional depende de la magnitud del axil y de la ductilidad de los materiales que constituyen la seccin.


En la figura 4.2 se ve el comportamiento de una seccin circular, con dos tipos de ecuaciones constitutivas. En el cuadrante superior izquierdo se muestran los diagramas de interaccin, en el derecho los diagramas momento curvatura y en el inferior izquierdo valores de ductilidad seccional y de deformaciones para una pila empotrada articulada con seccin circular y armadura constante.Grfico comparativo. Diagrama de interaccin Diagrama momento curvatura Ductilidad en trminos de curvaturas Cuanta volumtrica de confinamiento variable. Hormign sin confinar1.39 1.29 1.19 1.49 1.09 0.99 0.89 0.79 0.69 0.59 0.49 0.39 0.29 1.99 1.89 1.69 2.19

2.09

1.79

1.59

0.19

0.09

M [kNm]

wmin=0.45 wmin=0.359 wmin=0.267 wmin=0.176 wmin=0.12

2400

2000

1500

1000

=0.621wmin=0

=0.414 =0.311 =0.518 =0.207 =0.104 =0 =0.052

=0.725500

=0.828 =0.9327300 5300 3300 0 1300 3 0.7 2.7 4.7 6.7 8.7 10.7 Ductilidad en trmino de desplazamientos Ductilidad en terminos de curvatura 12.7 14.7

N [kN]21300 19300 17300 15300 13300 11300 9300

1/r [1000/m]16.7 18.7 20.7

Ductilidad en trminos de curvatura hormign sin confinar Ductilidad en trminos de desplazamientos hormign sin confinar. Altura de pila considerada 10 m. Ductilidad en trminos de curvatura hormign confinado con cuanta transversal de confinamiento variable

Figura 4.2.a Comportamiento de una seccin circular. Ecuaciones constitutivas de estado lmite ltimoGrfico comparativo. Diagrama de interaccin Diagrama momento curvatura Ductilidad en trminos de desplazamientos. Cuanta volumtrica de confinamiento variable. Hormign confinado2.2 1.9 1.6 1.3 1 0.7 0.4 0.1 2400

M [kNm]

wmin=0.45

=0.78 =0.932=0.828 =0.725 =0.621 =0.518 =0.414 =0.65 =0.52 =0.311 =0.26 =0.39 =0.207 =0.13 =0.104

wmin=0.359 2000 wmin=0.267 wmin=0.176

wmin=0.12

1000

=0.052

=0

wmin=0

500

N [kN]21300 13300 5300 2 2.7 10.7 18.7 26.7 34.7 42.7 50.7 58.7 66.7 74.7 82.7 90.7 98.7 106.7 114.7 122.7

1/r [1000/m]130.7 138.7

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Ductilidad en trminos de desplazamientos hormign confinado con cuanta transversal de confinamiento constante e igual a 0.12 (valor mnimo para comportamiento dctil). Altura de pila considerada 10 m. Ductilidad en trminos de desplazamientos hormign confinado con cuanta transversal de confinamiento variable. Altura de la pila considerada 10 m. Ductilidad en trminos de curvatura hormign confinado con cuanta transversal de confinamiento constante e igual a 0.12.

Figura 4.2.b Comportamiento de una seccin circular. Ecuaciones constitutivas representativas del comportamiento nominalmente real


En las figuras 4.2.a y b se representan dos diagramas de interaccin. El de menor capacidad resistente se ha obtenido teniendo en cuenta las hiptesis que se utilizan para calcular la capacidad resistente de una seccin sometida a tensiones normales en estado lmite ltimo. Se ha considerado que el acero rompe con una deformacin de 10 y que trabaja con un diagrama tensin deformacin bilineal con un valor de lmite elstico igual a fyd=fyk/1.0. Para el hormign se ha utilizado un diagrama parbola rectngulo con una deformacin mxima de 3.5 y una tensin mxima de 0.85 fcd siendo fcd=fck/1.3. Los coeficientes de minoracin de los materiales son los que corresponden a la situacin accidental ssmica. Exteriormente se ha representado el diagrama de interaccin de la seccin para unas condiciones que se podran definir como capacidad resistente ms probable. El diagrama completo dibujado tiene una cuanta volumtrica de confinamiento constante e igual a 0.12. Adems, para distintos axiles, se han representado puntos sueltos que corresponden a distintas cuantas de confinamiento, mayores a medida que aumenta el axil. Para su determinacin se ha utilizado un diagrama tensin deformacin medio para el acero. El acero utilizado es el de alta ductilidad B500SD. Para este tipo de aceros los fabricantes definen un diagrama tensin deformacin caracterstico y medio [12].Diagrama tensin deformacin de los aceros empleados700 ACERO B500SD 600

500 ACERO DE CLCULO

Tensin [MPa]

400

300

200

100

0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

Deformacin [tanto por uno]

Figura 4.3 Diagrama tensin deformacin medio del acero de alta ductilidad B500SD y de clculo Para el hormign se ha utilizado un diagrama tensin deformacin que permite tener en cuenta el efecto del confinamiento. El confinamiento produce un aumento de la capacidad resistente a compresin, especialmente en secciones circulares con armadura transversal helicoidal, y un aumento muy importante de la ductilidad del hormign. En la figura 4.4 se representan distintos diagramas tensin deformacin para el hormign comprimido, para distintas cuantas de confinamiento, utilizando el modelo propuesto por Mander [13].


Diagrama tensin deformacin comprativo del hormign confinado H25 Eurocdigo 8: parte 22.5

2 wmin=0.359 1.5 wmin=0.267 wmin=0.176 wmin=0.12 1Hormign H25 sin confinar (valores medios) Diagrama parbola rectngulo H25 sin confinar (c=1.3)

wmin=0.45

Tensin/fck

0.5

0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Deformacin [tanto por uno]

Figura 4.4 Diagramas tensin deformacin del hormign para una seccin circular con distintas armaduras de confinamiento y de clculo En las mismas figuras se han representado diagramas momento curvatura. En la figura 4.2.a se representan, para distintos axiles, los diagramas momento curvatura con las ecuaciones constitutivas de estado lmite ltimo. En el cuadrante inferior izquierdo se representa la ductilidad seccional para cada axil. Como puede verse la ductilidad seccional que se obtiene con estas ecuaciones constitutivas es muy modesta. Adems, puede verse que con el aumento del axil el comportamiento se hace cada vez menos dctil. El comportamiento dctil en secciones de hormign se consigue por la ductilidad del acero y, consecuentemente, se consigue para secciones que rompen con el acero. En la figura 4.2.b se muestra, tambin para distintos axiles, diagramas momento curvatura teniendo en cuenta para el acero un diagrama tensin deformacin con valores medios y para el hormign el efecto del confinado. Puede verse que el comportamiento tiene la misma tendencia que para los diagramas anteriores, el aumento del axil disminuye la ductilidad. Sin embargo, la ductilidad seccional real que se obtiene es mucho mayor debido a la mayor ductilidad del acero. Asimismo la disminucin de ductilidad aparece para axiles mayores porque debido al comportamiento ms resistente y especialmente ms dctil del hormign confinado, la rotura por el acero se produce para axiles mucho mayores. En la figura 4.5 se representa el comportamiento de una pila empotrada en la cimentacin y articulada en el tablero, con ductilidad suficiente para la formacin de una rotula plstica en el empotramiento con la cimentacin.


Figura 4.5 Comportamiento dctil de una pila [14] El desplazamiento en cabeza tiene dos componentes, una elstica dy y otra no lineal dp. La ductilidad en trminos de deformaciones se define como

=

(d

y

+ dp ) dy

[4.1]

Adems puede relacionarse la ductilidad seccional con la ductilidad deformacional, representada en la figura 4.2.

= 1 +

3 ( Lr / L ) 1 0,5 ( Lr / L )

1

[4.2]

Como puede verse esta ecuacin pone en evidencia que para conseguir una ductilidad en trminos de deformaciones relativamente pequea hace falta una ductilidad seccional alta. Adems esta relacin depende de la relacin entre la longitud de la rtula plstica y la longitud de la pila. Cuanto mayor es la longitud de la rotula plstica mayor es la demanda de ductilidad seccional.


Relacin entre ductilidad seccional y deformacional30

Lr/L=0.1

25

20

Ductildiad seccional

Lr/L=0.215

10

Lr/L=0.5

5

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ductilidad deformacional

Figura 4.6 Relacin entre la ductilidad en trminos de deformaciones y la ductilidad seccional, para distintas relaciones de longitud de la rotula plstica y la longitud de la pila En la figura 4.2.b se muestra la ductilidad en trminos de deformaciones para una pila con la seccin circular estudiada de 10 m de altura. La rotula plstica se ha determinado de acuerdo con el diagrama momento curvatura, y resulta aproximadamente igual a 1/10 de la altura de la pila. En este tipo de puentes, es posible relacionar la ductilidad en trminos de deformaciones con el coeficiente de comportamiento y para ello hay que estudiar el comportamiento de las estructuras dctiles con distintas caractersticas en trminos de frecuencia. En la figura 4.7 se muestra el espectro de repuesta y los distintos comportamientos estructurales posibles, dependiendo de las caractersticas dinmicas de las estructuras [15].

Figura 4.7. Espectro de repuesta y diferentes comportamientos estructurales de puentes dctiles


El comportamiento dinmico no lineal de las estructuras depende del rango de periodos en el que se encuentre el modo fundamental de vibracin en la direccin considerada. A estos efectos el espectro se suele dividir en tres zonas.Zona descendente (A). En esta zona, que corresponde a periodos altos, la deformacin mxima observada en un oscilador simple con un comportamiento elstico y lineal es similar a la de un oscilador no lineal. Principio de igual desplazamiento. En este caso el coeficiente de comportamiento q, que permite reducir los esfuerzos obtenidos a partir del espectro F elstico FNE = E , coincide con la ductilidad en trmino de deformaciones. Muchos de los puentes que se proyectan tienen periodos que se encuentran en esta zona. Zona de meseta (B). Esta zona corresponde a la zona de aceleraciones mximas. En esta zona se observa que la energa de deformacin de los osciladores lineales y no lineales son semejantes. El coeficiente de comportamiento ya no coincide con la ductilidad en trminos FE de desplazamientos, FNE = . Para el mismo coeficiente de comportamiento q se ( 2 1)

requiere mayor ductilidad en trmino de deformaciones. En este caso las deformaciones son tambin mayores que las elsticas y deben tenerse en cuenta en las estimaciones de deformaciones que se realicen para el proyecto.Zona de periodos muy bajos (C). Esta zona corresponde a los elementos muy rgidos, como pasos inferiores, que sufren una aceleracin similar a la del suelo. En esta zona es de aplicacin el principio de igual aceleracin entre el sistema lineal y no lineal y por tanto no puede existir reduccin en los esfuerzos elsticos por lo que el coeficiente de comportamiento debe siempre ser igual a 1.

En la tabla 4.1 se resumen los conceptos expuestos. Zona A Zona B Zona C Igual desplazamiento Igual energa Igual aceleracin FNE = FE/ FE FNE = ( 2 1) No hay reduccin de esfuerzos q=1 dNE= dE dNE =

( 2 1)

dE q

Tabla 4.1 Diferentes comportamientos de estructuras con comportamiento no lineal dependiendo del periodo de modo principal de vibracin [14]. Los coeficientes de comportamiento para los distintos tipos de puentes pueden venir definidos en la normativa, para puentes normales, y para otro tipo de puentes deben adoptarse valores, proceder al dimensionamiento de los distintos elementos estructurales y luego comprobar, realizando clculos especiales (Empuje progresivo no lineal esttico [15]), que la ductilidad adoptada es posible en el puente proyectado. Hay otro aspecto, formulado desde hace mucho tiempo [16], que es la necesidad de proyectar la estructura teniendo en cuenta la capacidad resistente de las secciones que condicionan el comportamiento, este es el proyecto por capacidad. Es evidente que si se quiere tener un comportamiento dctil en las secciones de las rotulas plsticas, la capacidad resistente de stas debe condicionar la capacidad resistente del resto de las secciones y de esas secciones solicitadas a otros esfuerzos. El la figura 4.8 se muestra el caso de la pila de un puente sometida a la accin ssmica.


Figura 4.8 Capacidad resistencia de una pila sometida a acciones ssmicas. Proyecto por capacidad. La secciones ms solicitadas, las del empotramiento pila cimentacin, estn sometidas a unos esfuerzos determinados con el espectro elstico, ME en la figura. Si el comportamiento se supone dctil, estos esfuerzos se reducen en la magnitud ME/q. Con este momento reducido, concomitante con el axil debido las acciones involucradas en la situacin ssmica, se procede al dimensionamiento de la armadura, utilizando los criterios generales establecidos por el mtodo de los estados lmites. La capacidad resistente as obtenida MRd es una capacidad terica que subestima la capacidad resistente real. La sobrerresistencia sobre esta capacidad terica de proyecto, definida segn el mtodo de los estados lmites, se debe a varias cuestiones. En primer lugar, a que la armadura dispuesta normalmente es mayor que la tericamente requerida y, en segundo lugar, a que las ecuaciones constitutivas de los materiales subestiman la resistencia real. Esto ltimo debido a que los valores ms probables son los medios, no los caractersticos y, mucho menos los de clculo y luego porque los materiales (el acero de alta ductilidad y el hormign confinado) tienen un comportamiento, tanto en aspectos resistentes como de ductilidad, que no quedan reflejados en el dimensionamiento realizado. Si se evala con ecuaciones constitutivas ms realistas la capacidad resistente de las secciones de las zonas de rotulas plsticas, se puede determinar la hiperresistencia que disponen. En la figura 4.9 se ha representado la hiperresistencia de la pila circular estudiada en la figura 4.2. Se representan los diagramas de interaccin correspondientes a las ecuaciones constitutivas utilizadas para el dimensionamiento en estado lmite ltimo. Se ha representado la capacidad resistente para las ecuaciones constitutivas con valores medios para el acero de alta ductilidad utilizado y el hormign confinado. Queda claro que la capacidad resistente a flexin compuesta es mucho mayor que la supuesta en el dimensionamiento. El aumento es mayor a medida que crece el axil.


Grfico comparativo. Diagrama de interaccin Diagrama momento curvatura Hiperresistencia1.19 1.39 1.29 1.09 0.99 0.89 0.79 0.69 0.59 0.49 0.39 0.29 1.99 1.89 1.69 1.59 2.19 2.09 1.79 1.49 0.19 0.09

M [kNm]

2000

1500

wmin=0.12

1000

=0.621wmin=0

=0.414 =0.311 =0.518 =0.207 =0.104 =0.052

=0.725500

=0.828 =0.9327300 5300 3300 13001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.7 2.7 4.7 6.7 8.7 10.7 12.7 14.7 16.7

N [kN]21300 19300 17300 15300 13300 113000 9300

1/r [1000/m]18.7 20.7

Hiperresistencia

Relacin entre momento confinado y momento no confinado Clculo realizado aplicando la frmula de la normativa

Figura 4.9 Hiperresistencia de secciones sometidas a flexin compuesta Si las secciones tienen capacidad resistente para resistir tensiones normales, frente a la accin del sismo tienen que tener tambin capacidad resistente para resistir los esfuerzos complementarios, de cortante por ejemplo.

DISEO CONCEPTUAL DE PUENTES EN ZONA SSMICA

En el ltimo tiempo todo el mundo habla de diseo conceptual y seguramente para cada uno tiene una definicin distinta. Quizs lo mas grave es que no se ha hecho un esfuerzo para su definicin y esto no ayuda mucho a su difusin, tan necesaria en el mundo de la ingeniera estructural. Aunque los autores de esta comunicacin tienen que hacer un esfuerzo improvisado para intentar definir diseo conceptual, creemos que se puede definir como la accin de plantear una solucin estructural ptima a un problema estructural correctamente establecido. El ingeniero estructural debe hacer un esfuerzo para definir lo ms detalladamente que pueda el problema y esta definicin muchas veces requiere de la capacidad del cliente para fijar condiciones para las que muchas de las veces no esta preparado. El ingeniero estructural debe participar activamente en la definicin de problema, incluso dando todas las indicaciones que permitan al cliente asumir las responsabilidades que le corresponden. El diseo conceptual entonces es el proceso de la bsqueda de la solucin ptima, que requiere la resolucin de un problema multivariable que no puede ser resuelto con el mismo nivel de excelencia en todos y cada uno de los aspectos. Es un proceso personal, que cada uno puede abordar de distintas forma. No obstante, requiere, en opinin de los autores de este documento, de una metodologa y algunos aspectos mnimos:-

Conocimiento o ms precisamente entendimiento de los problemas estructurales.


-

Trabajo duro. Capacidad de buscar la solucin adecuada sin resignarse con la primera que le parezca. Permeabilidad. De poder pensar distintas soluciones, con distintos materiales, con distintos procesos, con distintas tipologas, en distintos momentos de la vida til de la estructura. Humanidad.

Expresado lo anterior, y solo despus de estos principios generales, es posible abordar algunas ideas que pueden tenerse en cuenta en el diseo conceptual, el descubrimiento de una solucin idnea, para un puente en zona ssmica. Es evidente que el planteamiento de la solucin para un puente en zona ssmica no depende solo de la accin ssmica y deben tenerse en cuenta todos los condicionantes del problema globalmente. En la referencia [1] se propone una lista de caractersticas estructurales ideales que debera tener un puente en zona ssmica.-

Los puentes deben ser predominantemente rectos. El comportamiento de puentes curvos as como los puentes esviados tienen una respuesta ms compleja. Los tableros deben ser preferiblemente continuos, con el menor numero de juntas posibles. Los tableros isostticos o con muchas juntas no son redundantes y pueden tener problemas de soporte si se subestima la longitud de entrega en los apoyos. Las cimentaciones deben realizarse sobre materiales competentes. Los suelos blandos amplifican los desplazamientos, pueden dar problemas de licuefaccin y movimientos de terraplenes. La altura de las pilas debera ser similar. La diferencia de alturas suponen diferentes rigideces y concentracin del dao en las pilas ms rigidas. Las pilas deberan tener igual rigidez y resistencia en todas las direcciones. Diferentes rigideces y resistencias en la direccin longitudinal y transversal, implica ineficiencia estructural. Las luces de los vanos deben mantenerse modestas. Grandes luces implican grandes cargas verticales con una potencial reduccin de la ductilidad. Las rotulas plsticas, cuando se adopta un comportamiento dctil, deben aparecer fundamentalmente en las pilas y en zonas accesibles para la inspeccin y reparacin.

Evidentemente, en la mayora de los casos no se pueden cumplir ms que algunas de estas condiciones, pero es interesante tenerlas en cuenta para procurar mitigar, con la solucin planteada, algunos de los aspectos que se producen si no se cumplen las caractersticas ideales expuestas. Esta lista pone de manifiesto asimismo, otro aspecto a tener en cuenta de forma fundamental en el diseo conceptual, y es la enorme cantidad de incertidumbres y lagunas de conocimiento o entendimiento con las que hay que convivir y que solo se pueden resolver adecuadamente, a nivel de proyecto, si se sobrepasa la frontera de lo resuelto y se apuesta por ideas innovadoras. A continuacin se pasa revista a distintos aspectos a considerar para el diseo de un puente.El tablero, en general, no esta incorporado al esquema resistente del puente frente a la accin ssmica. No obstante deben tenerse en cuenta, al menos, las siguientes cuestiones.

En primer lugar, es muy importante definir adecuadamente las condiciones de apoyo entre el tablero y la infraestructura para garantizar que se pueden producir las deformaciones necesarias debidas al sismo teniendo el tablero siempre apoyado. La definicin de las


entregas del tablero en los apoyos, con suficiente holgura es muy importante para conseguir este objetivo.

Figura 5.1 Condiciones de apoyo del tablero en la infraestructura. Otro problema importante es la definicin de las juntas para permitir los movimientos estimados y evitar el martilleo entre el tablero y el espaldn del estribo o entre tableros, lateralmente, cuando se trata de puentes de doble calzada separados por una mediana mnima.

Figura 5.2 Juntas longitudinales entre vanos o tablero y estribo o transversales entre tableros. Adems de estos problemas geomtricos, para puentes de hormign pretensado debe comprobarse el efecto que puede producir la accin ssmica vertical. En general, el pretensado se dimensiona para compensar el efecto de las cargas verticales, generalmente las permanentes. Debido a la accin ssmica vertical el efecto de la carga permanente disminuye y el pretensado puede producir unos esfuerzos no deseados en algunas zonas que deben controlarse.


Figura 5.3 Efecto de la accin del sismo vertical en puentes de hormign pretensado. Es evidente que es muy importante minimizar el peso propio de las soluciones de hormign, ya que la accin ssmica ser funcin de ste. Como se ha dicho, la resistencia a las acciones del sismo, en general, son resistidas por la infraestructura. Para estructuras con comportamiento dctil, en las que se admite un cierto dao para disipar la energa ssmica que debe repararse, debe plantearse que las zonas de rotulas plsticas sean visibles, para su inspeccin, y accesibles, para su reparacin. Tal como se ha visto, son las pilas en las que generalmente se producen las rtulas plsticas. Para que un comportamiento como el explicado en el apartado 4 se produzca, las pilas deben estar empotradas en la cimentacin y fijas al tablero. En puentes cortos, las pilas pueden fijarse en el tablero con una rtula que permita pasar las cargas inerciales del tablero y permitir rotaciones para no transferir momentos. Esta solucin, que permite una gestin adecuada de los movimientos del tablero sin causar grandes efectos sobre las pilas, no es utilizada, prcticamente, en Espaa. Para puentes de longitudes medias, para minimizar el efecto de las fluctuaciones de temperatura y de los efectos reolgicos de fluencia y retraccin, la tendencia generalizada es apoyar el tablero con neoprenos. Los neoprenos aumentan la flexibilidad del tablero y consecuentemente el periodo propio de la estructura. Esta situacin puede ser muy adecuada para puentes en terrenos duros, ya que el aumento del periodo propio permite una disminucin de la accin ssmica. Esta situacin puede no producirse para terrenos blandos por la forma del espectro, generalmente desplazado hacia las frecuencias bajas.


Espectro de Aceleraciones8.00 7.50 7.00 6.50 6.00 5.50 5.00

TA

TB

TA

TB

TERRENO TIPO IV C=2

Sa [m/seg2]

4.50 4.00

TERRENO TIPO I3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

C=1

TC

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

T [seg]

Figura 5.4 Efecto de la flexibilidad que producen los neoprenos en relacin con la accin ssmica Por el contrario la flexibilidad que confieren los neoprenos hace casi imposible la formacin de las rotulas plsticas, parte de la deformacin de la pila se gasta en deformar a los neoprenos por lo que no puede conseguirse la formacin de las rotulas plsticas. En la figura 5.5 se muestra el caso de una pila con neopreno en la que se muestran estos conceptos.

Figura 5.5 Comportamiento de una pila empotrada en la cimentacin y unida al tablero con un neopreno En estos casos para conseguir un comportamiento dctil deben garantizarse que para la accin ssmica el tablero quede fijo a la infraestructura, las pilas. Transversalmente se puede obtener este comportamiento utilizando topes ssmicos. Longitudinalmente, utilizando elementos de bloqueo frente a acciones rpidas. Existen en el


mercado dispositivos que permiten el movimiento del tablero frente a acciones lentas, como la temperatura y las reolgicas, sobre los neoprenos pero que se bloquean frente a acciones rpidas, como el frenado y las acciones ssmicas, fijando el tablero a las pilas. Para puentes de gran longitud, para permitir los movimientos horizontales con el tiempo, se suele apoyar el tablero sobre neoprenos, para las pilas ms prximas al punto fijo y con menores movimientos, y sobre teflones, para las pilas ms lejanas al punto fijo y con mayores movimientos. En estos casos, para fijar el tablero a las pilas frente a la accin ssmica se pueden utilizar transversalmente o longitudinalmente las mismas soluciones apuntadas para los casos de luces medias. Cuando se utilizan teflones puede anclarse el tablero transversalmente utilizando teflones guiados con adecuada capacidad resistente transversal.

Figura 5.6 Topes ssmicos y elementos de bloqueo para la fijacin longitudinal de puentes apoyados con neoprenos o teflones. Adicionalmente hay que tener en cuenta que los apoyos de neopreno aumentan su rigidez frente a acciones dinmicas. Lo mismo ocurre con el rozamiento de los apoyos de tefln deslizantes, que tienen un rozamiento del orden del 3 % para movimientos lentos y puede aumentar al 10 % para esfuerzos dinmicos. Por ltimo hay que tener en cuenta que debido a la accin vertical del sismo pueden aparecer variaciones en el axil de los apoyos que deben ser considerados en el proyecto de los mismos. Especialmente importante es la disminucin del axil que puede dejar el tablero despegado del apoyo. En cuanto a la geometra de las pilas, las circulares para alturas modestas y huecas para alturas mayores, que tienen igual resistencia en todas las direcciones, son las que mejor se adaptan a la accin ssmica. En general es importante tener la mayor simetra en las dos direcciones principales.


Figura 5.7 Distintas secciones transversales de pilas. Para puentes con comportamiento dctil las secciones circulares, adems, pueden armarse con cercos circulares que optimizan su capacidad de confinamiento. En secciones huecas circulares las condiciones de confinamientos no son tan favorables para el cerco interior, que para garantizar un comportamiento dctil debe estar arriostrado con horquillas. Para puentes con luces y ancho modestos puede resolverse la infraestructura con una nica pila. Para puentes de mayor anchura o cargas es imprescindible optar por disposiciones con muchos fustes. Una solucin adecuada, en estos casos, puede ser la disposicin de pilas con cuatro fustes.

Figura 5.8 Distintas disposiciones de pilas.


Los estribos tienen un comportamiento muy condicionado por su intervencin en la capacidad resistente a las acciones ssmicas. Para puentes cortos, puede llevarse la accin del sismo al estribo, para que este lo resista completamente. En este caso la estructura resulta muy rgida y con aceleraciones prximas a las del terreno. En este caso, las pilas intermedias de rigidez despreciable en comparacin con la del estribo, no contribuyen a resistir el sismo. Puede adems considerarse el efecto del empuje pasivo del terreno en la direccin del sismo, que resulta muy efectivo.

Figura 5.9 Puentes cortos con estribos activos ssmicamente, para las fuerzas inerciales del tablero. Para puentes en los que las fuerzas horizontales son resistidas por las pilas, la conexin entre el tablero y el estribo debe ser muy flexible, para no transferir fuerzas inerciales del tablero. Por otro lado el estribo debe absorber desde el punto de vista resistente, los empujes del terreno aumentados por el efecto ssmico.

Figura 5.10 Puentes con estribos pasivos ssmicamente para las fuerzas inerciales del tablero En algunos casos, para tener una rigidez uniforme puede plantearse la posibilidad de utilizar una pila delante del estribo, para evitar involucrar el estribo en el mecanismo resiste.


Figura 5.11 Pila-estribo Para puentes ferroviarios, donde las acciones de frenado son tan importantes, en muchos casos se resisten en el estribo. En este tipo de puentes, cuando se encuentran en zonas ssmicas, es interesante mantener el estribo como elemento resistente del sismo longitudinal y utilizar amortiguadores que pongan como limite superior de la accin ssmica valores un poco por encima que los debidos al frenado [14]. En cuanto a las cimentaciones es necesario tener en cuenta tres aspectos bsicos. En primer lugar, las cimentaciones deben realizarse en terrenos competentes. En segundo lugar, las cimentaciones deberan mantenerse con un comportamiento esencialmente elstico, entendiendo como tal el comportamiento que se ha explicado en el apartado de comportamiento estructural.

Figura 5.12 Pilas pilote. Variacin de rigidez para conseguir la formacin de la rotula plstica en una zona accesible para inspeccin y reparacin [1] En tercer lugar, deben dimensionarse con esfuerzos adecuados a la mxima capacidad resistente de los elementos que le transmiten la carga.


Finalmente decir que, tambin en zonas ssmicas, la definicin de la solucin de un puente constituye el ejercicio ms interesante de la vida profesional de un ingeniero estructural. Conocer, tantear, valorar, definir, detallar, ,en definitiva, hacer buena ingeniera.

CONSIDERACIONES FINALES

I.

El proyecto de un puente debe hacerse teniendo en cuenta distintas acciones ssmicas, en funcin de la probabilidad de ocurrencia de los eventos ssmicos de la zona, y con distintas exigencias en cada caso. De esta forma se puede minimizar la inversin inicial, se tiene una garanta razonable de comportamiento para sismos frecuentes y se admite un cierto dao reparable para sismos poco frecuentes. El comportamiento estructural del puente es, en cierta medida, una opcin de proyecto bien definida por el cliente o bien definida por el proyectista. El diseo de pilas de puentes en zona ssmica con comportamiento dctil requiere un conocimiento profundo del comportamiento dinmico lineal y no lineal de la estructura. Para ello se debe establecer cual ser la jerarqua de funcionamiento de las distintas rtulas plsticas, debiendo verificarse durante la etapa de diseo la posibilidad real de formacin de dichas rtulas y su capacidad para alcanzar los niveles de ductilidad no slo en trminos de su capacidad de rotacin (ductilidad seccional), como en trminos de desplazamientos (ductilidad en trmino de desplazamientos). La aplicacin de reduccin de esfuerzos por comportamiento dctil depende de la vinculacin entre tablero, pilas y estribos; no pudindose, por ejemplo, aplicarse reducciones significativas en el caso de pilas con apoyos de neopreno.

II.

III.

Los puentes deben proyectarse para las acciones mximas que pueden resultar en los distintos elementos estructurales, funcin de su mxima capacidad resistente. La dificultad de definir la accin ssmica conduce a que el proyecto se realice condicionado por la capacidad mxima de una serie de secciones o elementos estructurales que funcionan como fusibles del comportamiento del resto de la estructura. Para puentes con comportamiento dctil estos fusibles se localizan en las zonas donde se prev la formacin de las rotulas plsticas. Finalmente, tambin en zonas ssmicas, la definicin de la solucin de un puente constituye el ejercicio ms interesante de la vida profesional de un ingeniero estructural. Conocer, tantear, valorar, definir, detallar, ,en definitiva, hacer buena ingeniera.

IV.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo se realiz bajo la direccin de D. Hugo Corres Peiretti y con participacin de Da. Mara Fernanda Defant Erimbaue, como parte del trabajo de investigacin que se est realizando de acuerdo al convenio firmado entre IPAC y la fundacin Agustn de Betancourt, en al Universidad Politcnica de Madrid, Escuela de Caminos, Canales y Puertos.

BIBLIOGRAFA

[1] N. Priestley, F. Seible, G. Calvi. Seismic design and Retrofit of Bridges. WileyInterscience. 1996.


[2] EERI, Northridge Earthquake Reconnaissance Report, Earthquake Spectra, Special Supplement to Vol. 11, Feb 1995, pgina 166. [3] Priestley, M. J. N., F. Seible, and G. MacRae, The Kobe Earthquake oj January 17, 1995: Initial Impressions from a Quick Reconnaissance, Structural Systems Research Project, Report SSRP-95/03, Universidad de California, San Diego, Febrero 1995, pgina 71. [4] Eurocdigo 8 Disposiciones para el proyecto de estructuras sismorresistentes Parte 2 Puentes 1998. Parte 1 y 2. [5] Caltrans, Seismic Design Referentes, California Department of Transportation, Sacramento, California, 1992. [6] Cheney, R. S., and R. G. Chassie, Soils and Foundations Workshop Manual, FHWA-HI88-009, NHI Course 13212, Federal Highways Administration, Washington, D.C., 1982. [7] Calvi, G. M., M. Ciampoli, and P.E. Pinto, Guidelines for Seismic Design of Bridges: Background Studies, Part 1 pgina 114: European Earthquake Engineering, Vol. 2, pgina 3-16. [8] Borrador de la nueva norma sismorresistente para puentes de hormign. [9] Efecto Bauschinger. [10] Medot R. Aislamiento y amortiguacin en el diseo ssmico. Jornadas ACHE Mayo 2004. [11] Oladapo, I. O., Rate of Loading Effect on Moment Curvature Relation in Prestressed Concrete Beams, ACI Journal, Proceedings V. 61, N7, Julio 1964, pginas 871-887. [12] ARCER, Diagramas caractersticos de traccin de los aceros con caractersticas Especiales de Ductilidad, con Marca Arcer. [13] J. B. Mander, M. J. N. Priestley, and R. Park, Fellow, ASCE, Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, Journal of Structural Ingineering, vol 114, N8, Agosto 1988, pginas 1804-1826. [14] Romo J., Sanchez J., Corres H. Discusin sobre los criterios de diseo de la subestructura de puentes de ferrocarril en zonas ssmicas. Congreso de Puentes de Ferrocarril. Grupo Espaol del IABSE. Junio 2002. [15] Corres H., Romo J., Perez A.. Chacao Channel Bridge. Seismic Design Basis and Seismic Bridge Design. Fib Symposium Concrete Structures en Seismic Regions. Atenas. 2003. [16] Park R., Paulay T. Reinforced Concrete Structures, Wiley Interscience Publication, 1975.

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