ANÁLISIS Y DISEÑO ANÁLISIS Y DISEÑO SISMORRESISTENTE DE SISMORRESISTENTE DE

PUENTESPUENTES

Msc. Ing. Norbertt Luis Quispe Auccapuclla.Msc. Ing. Norbertt Luis Quispe Auccapuclla.

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS, GEOLOGIA Y CIVIL

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PROCEDIMIENTOS DE ESTE METODO:

PASO 1:

Calcular el desplazamiento estático horizontal Us(x) y Us(y), debido a

una carga uniforme Po horizontal, la carga es aplicada a todo lo

largo del puente, tiene unidad de fuerza/longitud y puede tomar un

valor arbitrario de 1.

Dirección longitudinal Dirección transversal

PASO 2:

Calcular la rigidez lateral del puente K y el peso total W, mediante

las ecuaciones:

Smáx

o

ULP

K. dxxwW )(

Donde:

L : longitud total del puente.

Usmax: Máximo valor de Us(x) y Us(y) .

W(x) : peso por unidad de longitud de la carga muerta de la

superestructura y subestructura tributaria del puente.

El peso debe tomar en cuenta los elementos estructurales y otras

cargas relevantes. No se toma en cuenta la carga viva temporal y

espacialmente, y la probabilidad de que un congestionamiento

vehicular ocurra con un evento sísmico es generalmente pequeño.

PASO 3:

Calcular el período de vibración del puente usando la ecuación:

KgW

T.

.2

PASO 4:

Calcular la carga sísmica estática equivalente a partir de la

ecuación:

LWC

P se

.

Donde:

Cs : Coeficiente sísmica elástica para el período T.

Pe : Carga uniforme sísmica equivalente, por unidad de longitud

del puente, aplicado para representar el modo primario de

vibración.

PROCEDIMIENTOS DE ESTE METODO:

PASO 1:

Se calculan los desplazamientos horizontales estáticos Us(x) (longitud)

debido a una fuerza horizontal unitaria uniforme Po (fuerza/longitud)

que se aplica a la superestructura, como en la figura siguiente:

Dirección longitudinal Dirección transversal

PASO 2:

Calcular los coeficientes y, con las siguientes ecuaciones,

respectivamente, para las direcciones longitudinales y transversales.

dxU xs )(Donde:

W(x) : Es la carga muerta de la superestructura y la subestructura tributaria (fuerza/unidad de longotud). : Coeficiente con unidad de longitud. : Coeficiente con unidad de fuerza por longitud. : Coeficiente con unidad de fuerza por longitud2.

dxUxw xs )().( dxUxw xs2

)( )).((

PASO 3 :

Calcular el período fundamental del puente en las dos direcciones

principales por medio de la ecuación:

Donde:

g : aceleración de la gravedad

(longitud/tiempo2)

..

2gP

To

PASO 4 :

Calcular las fuerzas sísmicas estáticas equivalentes en ambas

direcciones con la ecuación:

Donde:Cs : Coeficiente de respuesta sísmica que se obtiene luego de remplazar el período en la ecuación que lo define.Pe(x) : Fuerza sísmica estática equivalente, que corresponde a las fuerzas inerciales que el sismo de diseño impone al puente a través del modo fundamental

)()( .)(..

xs

x UxwC

Pe

PASO 5 :

Aplicar las fuerzas estáticas equivalentes Pe(x) al puente y por medio

de una análisis estructural, se obtienen las fuerzas para cada uno

de los elementos y los desplazamientos correspondientes.

AT

ASC

gCSa

n

s

s

5.22.1

.

3/2

Pseudoaceleración espectral:

0.0000

1.0000

2.0000

3.0000

4.0000

5.0000

6.0000

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Para valores:

A=0.2

S= 1, 1.2 y 1.5

Diagrama de Flujo

Diseño Sísmico según División 1-A, AASHTO Specificacitions Diagrama de Flujo de Procedimientos de Diseño

Determinación de Coeficientede Aceleración Art. 3.2

Determinación de ClasificaciónDe Importancia Art. 3.3

Determinación de Categoría deComportamiento Sísmico Art. 3.4

Determinación de Coeficientede Sitio Art. 35

Determinación Factor deModificación de Respuesta Art. 3.6

Puente deuna sola luz

DeterminaciónFuerzas de Diseño Art. 4.5

Categoría A de Categoría B, C, D de DeterminaciónComportamiento Sísmico Comportamiento Sísmico Desplazamiento

De Diseño Art. 4.9

Determinación Fuerzas de Determinación de ProcedimientosDiseño Art. 4.6 De Análisis Art. 4.2

Determinación de Determinación de ComponentesDesplazamientos de Fuerzas Elásticas y DesplazamientosDiseño. Art. 4.9.1 Art. 4.3

Combinación Fuerzas LongitudinalesY Transversales Art. 4.4

Determinación de Fuerzas de DiseñoArt. 4.7. Categoría B

Art. 4.8 Categorías C y D

Determinación de Desplazamientosde Diseño Art. 4.9.2 Categoría B

Art. 4.9.3.Categoría C y D

Diseño Componentes EstructuralesSección 7 y 8

Diseño FundacionesSección 6

Diseño EstribosArtículos 6.3.2 Categoría BArtículos 6.4.2 Categoría CArtículos 6.5.2 Categoría D

No se requiere el análisis sísmico detallado del puentes de una sola luz o puentes clasificados como categoría A.

Para los otros puentes en general se seleccionará el procedimiento de análisis de la Tabla 4 en función de su complejidad geométrica y de su categoría de Comportamiento Sísmico (CCS).

TABLA 4TABLA 4

1) Puente Regular, no presenta cambios bruscos o poco usuales en masa, rigidez o geometría a lo largo de su luz y no tiene grandes diferencias (no mayores al 25% por ejemplo) en estos parámetros entre soportes adyacentes (excluyendo los estribos).

2) Puente Irregular, aquel que no califica como regular.

Las conexiones con los estribos serán diseñados para resistir longitudinal y

transversalmente las reacciones de pesos muertos multiplicadas por el

Coeficiente de Aceleración del sitio.

Requerimientos de diseño para puentes de una sola luz

La conexión de la Superestructura a la subestructura será diseñada para

resistir una fuerza horizontal sísmica igual a 0.20 x reacción por peso

muerto en la dirección restringida.

Fuerzas de diseño para puentes de categorías (CCS) A

4.7 Fuerzas de diseño para puentes de categorías (CCS) B

4.7.1 Para elementos estructurales y conexiones:

Estas fuerzas se aplican a:

a) La superestructura, sus juntas de expansión y la conexión entre la superestructura y el soporte de la infraestructura.b) La subestructura de apoya hasta la base de las columnas y pilares pero sin incluir las zapatas, vigas cabezales o pilotes.c) Componentes que conectan la superestructura a los estribos.

Las fuerzas sísmicas de diseño para las componentes ambas indicadas serán determinadas dividiendo las fuerzas elásticas sísmicas por el Factor ( R ) de Modificación de Respuesta.

Las fuerzas sísmicas serán combinadas con otras fuerzas de otras cargas como se especifica en el siguiente grupo de combinación de cargas:

Cargas de Grupo = 1 (D+B+SF+E+EQM)

Donde D = Carga media

B = Flotación

SF = Fuerzas Hidráulicas

EQM = Fuerzas sísmicas elásticas modificada por su división por el factor apropiado R.

Para Diseño en servicio se permite un incremento del 50% en los esfuerzos permisibles del acero estructural y del 33% para el concreto armado.

4.7.1 Fuerzas de Diseño para Cimentaciones

Para las cimentaciones las fuerzas sísmicas se determinan en forma similar a las indicadas en 4.7.1 para el siguiente grupo de combinación de cargas:

Cargas de grupo = 1 x (D+B+SF+E+E+EQF)

Donde EQF = las fuerzas sísmicas elásticas dividido por la mitad del factor de respuesta R, excepto para el caso de una subestructura compuesta por pilotes.

VARIACIONES DE TEMPERATURA

En ausencia de información más precisa, los rangos de temperatura serán:

Rangos de Temperatura

Tabla 2.4.3.9.1 Rangos de Temperatura (°C)

Material Costa Sierra Selva

Concreto armado o pretensado 10° a 40°C -10° a +35°C 10° a 50°C Acero 5° a 50°C -20° a +50°C 10° a 60°C Madera 10° a 40°C -10° a +35°C 10° a 50°C

La temperatura de referencia será la temperatura ambiente promedio

durante las 48 horas antes del vaciado del concreto o antes de la colocación

de aquellos elementos que determinan la hiperestaticidad de la estructura.

Gradiente de Temperatura

En superestructuras de concreto o de acero con tablero de concreto, se

supondrá un gradiente de temperatura, adicionalmente a los cambios de

temperatura especificados en 2.4.3.9.1.

Las diferencias de temperatura T1 y T2 corresponderán a los valores positivos

dados en la tabla 2.4.3.9.2 ó a valores negativos obtenidos multiplicando

aquellos de la tabla por -0,5.

Tabla 2.4.3.9.2 Temperaturas que Definen los Gradientes (°C)

Sin Asfalto 5 cm Asfalto 10 cm Asfalto

Región T1 T2 T1 T2 T1 T2

Costa 40 15 35 15 30 15

Sierra 40 5 35 5 30 5

Selva 50 20 45 20 40 20