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

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

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

Funciones de un aparato de apoyo 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)

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

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

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

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%

3.1. Capacidad resistente y ductilidad 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

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

Modificar el período propio de la estructura haciéndola más flexible 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

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

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.

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.

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)

4. Ejemplo de cálculo Luces: 30.00 + 4 x 37.00 + 30.00 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)

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

Modelización

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

Primer modo longitudinal

Primer modo transversal

Espectro de respuesta vertical = 0.70 Espectro horizontal 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%)

Esfuerzos cortantes longitudinales

Esfuerzos cortantes transversales

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)

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.