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ASPECTOS DE INGENIERÍASISMORRESISTENTE
DrDr.. Ing Ing° Javier Piqué del Pozo° Javier Piqué del Pozo
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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NN
L
Longitud mínima de apoyo
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Longitud mínima de apoyo
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Diagrama de flujo del diseñosísmico (1)
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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Diagrama de flujo del diseñosísmico (1)
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
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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)
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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
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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
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Modelo equivalente:desplazamientos calculados
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Modelo equivalente:desplazamientos calculados
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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=
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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)
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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
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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
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Aisladores sísmicos
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Estructura típica de unaislador
Láminas de acero 3mmLáminas de acero 3mm Separación ~6mmSeparación ~6mm
PlomoPlomo
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Aisladores sísmicos.
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