Jordi Revoltós Jorge Cascales

1. CÁLCULO Y DISEÑO DE PUENTES EN ZONA SÍSMICA Jordi Revoltós Jorge Cascales

2. Índice • Introducción • Aparatos de apoyo • Estrategias de diseño • 3.1. Capacidad resistente y ductilidad • 3.2. Aislamiento sísmico • 3.3. Amortiguamiento • Ejemplo de cálculo • Conclusiones

3. 1. Introducción • Acción sísmica definida por un espectro de cálculo • Definir la vinculación tablero-subestructura • Esfuerzos en la subestructura • Comprobar movimientos

4. 2. Aparatos de apoyo • Funciones de un aparato de apoyo • Transmitir las cargas verticales del tablero a las pilas (peso propio, cargas muertas, sobrecargas) • Transmitir las cargas horizontales del tablero a las pilas (viento, frenado,fuerza centrífuga, sismo) • Compatibilizar los movimientos horizontales entre tablero y pilas • Permitir las deformaciones debido a retracción , fluencia y temperatura del hormigón pretensado • Tipos de aparato de apoyo • Neopreno zunchado • Neopreno deslizante • Neopreno confinado (POT)

5. 2.1. Aparatos de apoyo. Neopreno zunchado • Bloques de caucho con láminas intercaladas de acero • Gran rigidez vertical • E= 600 N/mm2 • Baja rigidez horizontal • G=0,9 /mm2 • Compatibiliza los movimientos del tablero con la pila mediante distorsión • Vinculo elástico horizontal entre tablero y pila

6. 2.1. Aparatos de apoyo. Neopreno • Deformación tablero hormigón pretensado: 1mm/m • (elástico, retracción , fluencia, temperatura)

7. 2.2. Aparatos de apoyo. Neopreno-teflón (deslizantes) Chapa de acero y teflón • Para grandes longitudes de tablero continuo de hormigón pretensado (L> 200 m) • Elástico transversal, libre longitudinal

8. 2.3. Aparatos de apoyo. Neopreno confinado • POT Fijo • POT Guiado • POT Libre • Establecen vínculos rígidos o libres entre tablero y pilas • Rozamiento: 3% a 5%

9. 3. Estrategias de diseño. 3.1. Capacidad resistente y ductilidad • Vincular rígidamente tablero y subestructura (Monolitismo) • Método de cálculo: Cálculo espectral modal • Coeficiente de ductilidad (q). Esfuerzos/q • Aparición de rótulas plásticas

10. Coeficiente “q” a nivel global, hay que comprobarlo a nivel seccional • Los movimientos no están afectados de este factor “q”. Inconvenientes de este diseño: - Estructura rígida (períodos bajos), acción sísmica máxima - Incompatibilidad con movimientos longitudinales del tablero - Formación de rótulas plásticas y necesidad de reparaciones. - ¿En qué estado queda el puente para resistir las réplicas? Rigidez Ductilidad

11. 3.2. Aislamiento sísmico • Modificar el período propio de la estructura haciéndola más flexible Flexibilidad • Tablero apoyado sobre neoprenos (permite deformaciones del tablero) • Verificar movimientos relativos tablero-pila

12. Modelización de apoyos de neopreno (acciones estáticas) • Coordenadas de i=coordenadas de j • En la pila se liberan esfuerzos G = 0.9 N/mm2 Predimensionamiento para cargas estáticas • < 15 N/mm2 tg g < 0.7

13. Modelización de apoyos de neopreno (acciones dinámicas) G = 0.9 N/mm2 q = 1 Verificación(EC8): Sismo, tgg< 2.0 Total, tgg< 6.0 Posibilidad de ajustar fuerzas y movimientos jugando con la rigidez de los apoyos.

14. 3.3. Amortiguamiento • En las dos anteriores opciones el amortiguamiento estructural era del 5% • Se introducen amortiguadores discretos en distintos puntos de la estructura para disipar energía. • Tipos de amortiguadores: • - Amortiguador de fluido viscoso • Permiten movimientos lentos • F = C va • - Amortiguador precomprimidos • F = F0 + K x + C va • Acciones estáticas: punto fijo hasta F0 y muelle para fuerzas mayores. • Ante acciones dinámicas se comportan como un amortiguador y un muelle trabajando en paralelo.

15. Al introducir elementos no lineales es necesario un cálculo en el tiempo (time-history). • La acción sísmica se define ahora a partir de acelerogramas que deben ser compatibles con el espectro de cálculo. • Los esfuerzos sísmicos se resisten en el campo elástico (q=1)

16. 4. Ejemplo de cálculo • Tipología: Losa aligerada pretensada • Luces: 30.00 + 4 x 37.00 + 30.00 • Longitud: 209.10 m • Trazado en planta: Recta + Clotoide (A=800) • Canto: 1.50 m (1/25) • Anchura del tablero: 12.80 m • Altura de pilas: 16.5 m a 39.0 m • Cimentación directa en todo el puente (0.45 N/mm2) • Procedimiento constructivo: Hormigón in situ sobre cimbra apoyada en el terreno. Construcción por fases (6) • Apoyos: • E1: NOFRI 500x500x74(40) • P1: Neopreno 700x700x90(65) • P2: Neopreno 750x700x70(50) • P3: Neopreno 750x700x70(50) • P4: Neopreno 750x700x70(50) • P5: Neopreno 700x700x90(65) • E2: NOFRI 500x500x74(40)

19. Acción sísmica (NCSE-02) • Aceleración sísmica básica: 0.07g (>0.04g) • Coeficiente adimensional de riesgo: 1.30 (vía de alta capacidad) • Coeficiente de suelo: 1.30 (tipo II) • Amortiguamiento: 5% • Ductilidad: 1

20. Modelización

21. Análisis modal • Primer periodo longitudinal 3.4 seg (91% de masa movilizada) • Primer período transversal 2.1 seg (83% de masa movilizada)

22. Primer modo longitudinal

23. Primer modo transversal

24. Análisis espectral • Espectro de respuesta vertical = 0.70 Espectro horizontal • Espectros en las 3 direcciones • Combinaciones: • x + 0.3y + 0.3z • 0.3x + y + 0.3z • 0.3x + 0.3y + z • Combinación de respuestas modales • SRSS • CQC (<10%)

25. Esfuerzos cortantes longitudinales

26. Esfuerzos cortantes transversales

27. Comprobación de la distorsión de los neoprenos • E1: 54 mm < 80 mm (transversal) • P1: 74 mm < 130 mm • P2: 43 mm < 100 mm • P3: 22 mm < 100 mm • P4: 20 mm < 100 mm • P5: 55 mm < 130 mm • E2: 66 mm < 80 mm (transversal)

28. 5. Conclusiones • Asumir un coeficiente de ductilidad en los cálculos implica suponer un daño y una necesidad de reparación en la estructura. • Incertidumbre del comportamiento de estas estructuras ante posibles réplicas. • La combinación de aislamiento y amortiguación en una estructura minimiza los esfuerzos sísmicos a los que se ve sometida. • Dimensionar estructuras que gracias al aislamiento y la amortiguación puedan resistir los esfuerzos sísmicos en el campo elástico supone no tener que acometer actuaciones de reparación.