Aisladores en puentes - caracteristicas

Tecnura ISSN: 0123-921X [email protected] Universidad Distrital Francisco José de Caldas Colombia RICO PRADILLA, LEOCADIO; CHIO CHO, GUSTAVO Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados Tecnura, vol. 16, núm. 34, octubre-diciembre, 2012, pp. 103-124 Universidad Distrital Francisco José de Caldas Bogotá, Colombia Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=257024712010 Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto RE¹EXI˜N        de concreto simplemente apoyados Use of base isolators in simply supported concrete bridges LEOCADIO RICO PRADILLA Ingeniero civil, candidato a magister en ingeniería civil. Docente de la Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Colombia. Contacto: [email protected] GUSTAVO CHIO CHO Ingeniero Civil, doctor en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos. Docente de la Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Colombia. Contacto: [email protected] Fecha de recepción: 26 de noviembre de 2011 Fecha de aceptación: 28 de agosto de 2012 Clasificación del artículo: Reflexión Financiamiento: Universidad Industrial de Santander Palabras clave: aisladores de fricción, aisladores elastoméricos, aislamiento sísmico, análisis dinámico no lineal, demanda sísmica. Key words: friction isolators, elastomeric isolators, seismic isolation, nonlinear dynamic analysis, seismic demand. RESUMEN En el presente artículo se presenta una comparación del comportamiento sísmico de puentes de concreto reforzado simplemente apoyados, usando aisladores de base de tres tipos, los aisladores de elastoméricos de alto amortiguamiento HDRB                                        ! "#$" # -  $ %$ !     &  '  (      )  correspondiente modelamiento en SAP2000. Se  (        *             +   delo del viaducto se realizó un análisis dinámico no lineal de historias en el tiempo, considerando la no linealidad en los aisladores, usando los sismos de la falla Frontal y la falla Bucaramanga$  /      &   ( %$  compararon los resultados del modelo sin aisla- Uso de aisladores base puentes de103 concreto apoyados Tecnura deVol. 16 enNo. 34 pp. - 124 simplemente octubre – diciembre 2012 103 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N miento sísmico versus los tres modelos con sistema de aislamiento sísmico, y se encontró que los diferentes sistemas de aislamiento sísmico re  ( &          plazamientos y fuerzas cortantes en las pilas del puente que le inducen los probables terremotos que puedan ocurrir. ABSTRACT The aim of this paper is to present a comparison of the seismic behavior of simply supported concrete bridges by using three types of base isolators, namely high damping rubber bearing             "#$% 1  "  3 &    4      +                 &     (ned in sap2000. Additionally, the mechanical         (    bilinear model. An analysis of histories in time was made for the model of the viaduct, considering the non-linearity in the insulators and using frontal fault earthquakes caused by the Fron      5$   /     +   applied at a surface-level scale. The results from the model without seismic isolation are compared with the three systems of seismic isolation    (                     (      both the demands of the displacements and the cutting forces in the piles of the bridge, which may induce probable earthquakes. * * * 1. INTRODUCCIÓN Los puentes son estructuras de vital importancia. Ellos actúan como un eslabón importante en la red de transporte terrestre y un daño serio en los mismos durante un evento sísmico, impedirá brindar la ayuda necesaria. La actividad sísmica                 (  la vulnerabilidad de los puentes ante este fenómeno. El control pasivo de estructuras es una de las estrategias que se han propuesto en los últimos años para controlar los desplazamientos y las fuerzas de inercia que se generan en los puentes durante un temblor. El concepto en el que se basa el control pasivo se orienta a la reducción de la demanda sísmica en la estructura y a mejorar su capacidad de disparar energía, más que en tratar de incrementar su capacidad de resistencia o de deformación. La adecuada aplicación de este criterio conduce a sistemas que se comportan en   *      +   - 104 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 mente al diseño tradicional, en el que se pretende mejorar la capacidad de disipar energía de la estructura mediante el daño en los elementos que la forman. Esto representa una importante ventaja, ya que al evitar el daño de los elementos de la estructura se consigue que permanezca en condiciones de funcionalidad después de ocurrido un siniestro [1]. 7  (  8          importante en una estructura típica de un puente, donde las grandes deformaciones generan agrietamientos importantes en las pilas, a las que se les exige una gran ductilidad para lograr disipar la energía del temblor sin que la estructura se de %7  (  8         puente con un sistema de aislamiento, con el cual se logran reducir las fuerzas de inercia en las pilas del puente. La disipación de energía inelástica que se demanda en un sismo extremo se realiza por medio de la deformación histerética de los apoyos, en lugar de hacerlo a través del daño en las pilas del puente. RE¹EXI˜N Figura 1. Disipación de energía en un puente convencional y en un puente con aislamiento de base. Diferentes estudios realizados [2] - [7], han demostrado la efectividad de usar diferentes sistemas de aislamiento sísmico en puentes. En [8], se muestra un estado del arte detallado de estudios analíticos y experimentales sobre la efectividad de sistemas de aislamiento sísmico y su implementación actual en puentes. 2. DESCRIPCIÓN Y MODELAMIENTO DEL VIADUCTO LA FLORA 2.1 Geometría 7 &  '        to pretensado, construido con un sistema de pila              <=>%?  % Figura 2.         Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 105 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N *   MJ N      G M y la luz más grande la encontramos entre los ejes O> ?= %7        de 25 metros y consta de tres carriles y sendero       & (  <% Las vigas están conformadas por las secciones  &  N      (  ? tán construidas en concreto pretensado, las vigas se encuentran simplemente apoyadas en sus ex   K (G !&     luz existen 10 vigas excepto en el tramo comprendido entre los ejes 7 y 8, el cual tiene 11 vigas        V ?=% Figura 3.         Fuente: elaboración propia @            G      %7  tablero está divido en tres secciones, lo que da como resultado cuatro juntas ubicadas de la siguiente forma: dos en los estribos y las otras dos   G ?J%    K      Como ya se mencionó anteriormente, el puente consta de ocho pilares, los cuales varían su altura        (      la tabla 1 se puede observar el dimensionamiento para cada uno de ellos. La cimentación de esta estructura se encuentra conformada por un par de zapatas aisladas en cada eje de cimentación con dimensión promedio de 7.5 y 7.0 metros y altura promedio de 2.5 metros. La estructura de apoyo se erige en cada eje con un par de pilas Tabla 1. Dimensiones que varían para cada pilar del puente.         !  "#$% &#$% #$% "#$% '(#$% 1 937.91 915.41 22.51 8.00 7.00 2.50 1.30 2 937.99 901.74 36.25 9.50 7.50 2.75 1.50 3 938.10 895.06 43.04 10.50 7.50 3.00 1.60 4 938.14 894.14 44.00 10.50 7.50 3.00 1.60 5 938.08 896.08 42.00 10.00 7.50 3.00 1.60 6 938.02 911.52 26.50 8.00 7.00 2.50 1.30 7 937.96 921.21 16.75 7.00 6.00 1.75 1.00 8 937.89 924.14 13.75 7.00 6.00 1.75 1.00 Fuente: elaboración propia 106 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 RE¹EXI˜N Figura 4.       Fuente: elaboración propia conformadas por estructuras huecas rectangula  ??    W%<X     &     8X%>OMJ%8<        &   V  G!  <?%X ? <      (  M se aprecian las proyecciones principales de un pilar tipo.         SAP2000 El modelo del viaducto la Flora, se realizó en el software comercial SAP 2000 versión 14.2.2. Se  (        V      vigas como para las pilas, se usaron elementos tipo frame. Dando como resultado el modelo tri  N      (  X% Figura 5.)   * + +   $,     /   ;<=>>> Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 107 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N 3. LOCALIZACIÓN Y TIPOS DE AISLADORES DE BASE 3.1. Localización de los aisladores Los aisladores de base estarán situados entre la interface de la viga cabezal y las vigas que dan        (  J    sición donde se colocarían los aisladores. Para el presente trabajo, se realizarán los estudios pertinentes para tres tipos de aisladores, el HDRB, el LRB y el FPS. Figura 6. Detalle de la posición donde se instalarían los aisladores. Fuente: elaboración propia 3.2 Aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (HDRB) Los aisladores de neopreno zunchado intercalan placas delgadas de acero en un bloque cúbico o cilíndrico de neopreno, una imagen y un esquema          (  O% La rigidez vertical del HDRB aumenta considera      ' K     ^=_% Los aisladores de alto amortiguamiento están hechos de un compuesto especial de goma, obtenido    !     K (      o resinas, que permite alcanzar valores más altos de amortiguamiento. El espesor de las capas de caucho varía, normalmente, entre los 8 mm y 20 mm, y el espesor de la capa de acero oscila entre los 2 mm y los 4 mm. Los valores de amortiguamiento varían entre el 8W` <W`^8W_  *     ladas con estos dispositivos se realiza como un sistema bilineal cuyas propiedades dependen de 108 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 Figura 7.<    $,   $  $  ?")@&A   la razón de amortiguamiento efectivo y el módu   ! Z&      0,4MPa y 1,4MPa. 3.3 Aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB) Estos aisladores son muy similares a los HDRB, con la diferencia que usan un núcleo de plomo que le proporciona una capacidad adicional de disipar energía y le brinda una rigidez inicial un poco más alta respecto a los anteriores, disminuyendo los desplazamientos para pequeños sismos y fuerzas de viento que actúen sobre la estructura ^88_^8<_& (  >% RE¹EXI˜N cortante de todo el volumen del núcleo de plomo.    ( !           V  elevados valores de amortiguamiento, que originan, no sólo menores desplazamientos de la superestructura, sino también mayor rigidez lateral del tablero para niveles bajos de acciones horizontales. La tensión de cedencia a cortante del núcleo de plomo es de, aproximadamente, 10MPa sobrepasado este valor, la rigidez del dispositivo es la rigidez del caucho, lo que proporciona al dispositivo una rigidez bi-lineal. Este comportamiento es excelente, incluso a bajas temperaturas, pues el caucho presenta buenas características de resistencia a fatiga bajo estas condiciones. La rigidez inicial del aparato LRB es cerca de 10 veces superior a la rigidez poselástica, resultante de la cadencia del núcleo de plomo. Este tipo de sistema de aislamiento sísmico es la solución más utilizada en puentes, dada su simplicidad, comportamiento y bajo costo. Figura 8.<    $,   B  $ ?@&AC?EA Estos aisladores inicialmente fueron desarrollados y usados en Nueva Zelanda, de ahí que al       (         N-Z. El comportamiento del aislador depende de la fuerza lateral que se impone, si la fuerza es muy pequeña será asumida por el núcleo de plomo y el sistema tendrá una alta rigidez, cuando la carga lateral se aumenta, el núcleo de plomo      V  '+    histerético se genera con la energía disipada por el núcleo de plomo, como consecuencia la rigidez lateral del sistema disminuye. El amortiguamien             8X`   ?X`    V        dor empleando la teoría bilineal. En su proceso de fabricación, es necesario que el hueco realizado en el caucho sea más pequeño que el diámetro del elemento de plomo, para que éste sea forzado a entrar. Esta característica garantiza la uniformidad del bloque y la consiguiente deformación por 3.4 Sistema de péndulo de fricción (FPS) El concepto de sistemas de deslizamiento se utiliza junto con la noción de una respuesta de tipo péndulo, por medio de un control deslizante ar    (   !  & ^8?_+ el sistema de péndulo de fricción está compuesto    V      (  de acero inoxidable. La parte del apoyo articulaN  *      (    está rodeada por una película de un material com   G ! } '! #   ' #}"7& (  =% La fuerza impuesta hace que se produzca desplazamiento en las direcciones horizontal y vertical, cuando esta fuerza desaparece se genera la fuerza restauradora, generando que el deslizador regrese al centro de la concavidad, el movimiento para cuando la fricción es igual o más grande que el componente de la carga vertical aplicada. La rigidez efectiva del aislador y el periodo de osci- Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 109 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N (a) (b) (c) Figura 9. $,  !   ?A?AG H  ? AI$    ?AJ$  sección transversal. lación de la estructura están controlados por el     &       (  !  &   movimientos de torsión de la estructura se reducen al mínimo, ya que el centro de la rigidez de los rodamientos de forma automática coincide con el centro de masa de la estructura de apoyo. Los rangos de amortiguamiento de este sistema        8W`  MW`        (   !  *   ?`<W`% El péndulo de fricción requiere un mantenimien)  N   (   '!   al deslizador de la corrosión, si el deslizamiento sólo se produce durante los sismos, se puede decir N      '!   *   &    ~+       do dispositivos con capacidad de resistir fuerzas a tensión. Recientemente, se han desarrollado pén  !    ( !  vas, produciendo el mismo movimiento horizontal y disminuyendo el tamaño del aislador. 4. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Y MODELAMIENTO DE LOS AISLADORES DE BASE Teóricamente, la no linealidad de una estructura aislada de su base proviene de dos fuentes: las deformaciones inelásticas en el sistema de resistencia sísmica de la estructura y el sistema de 110 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 aislación: sin embargo, considerando que el sistema de resistencia sísmica es más rígido que el sistema de aislación, se espera que las deformaciones inelásticas se encuentren localizadas en los aisladores y la estructura sobre estos presente un comportamiento lineal. Para hacer un uso seguro de los aisladores, las propiedades mecánicas de diferentes tipos de aisladores han sido investigadas intensamente. El modelo bilineal ha sido ampliamente aceptado para la investigación y el diseño, esto se debe a que caracteriza las propiedades mecánicas de los aisladores adecuadamente pero también a que es válido tanto para aisladores elastométricos como para aisladores de fricción. 4.1 Parámetros del modelo bilineal El modelo bilineal usado para expresar la relación entre la fuerza cortante y el desplazamiento late      (       *  * , kp, Rigidez Elástica, ke,  Fuerza Característica, Q. La fuerza característica Q se emplea a menudo para estimar la estabilidad del comportamiento histerético, cuando el aislador experimenta muchos ciclos de carga. 7    *   ' G        las características mecánicas de los aisladores de RE¹EXI˜N Figura 10.K        Fuente: elaboración propia una forma simple y suministran una estimación satisfactoria del comportamiento no lineal de un  % (  8W       idealizado, La rigidez efectiva keff   !  ' cia puede ser expresada en términos de la rigidez '   kp y la fuerza característica Q con el correspondiente desplazamiento D lateral. De        ! 8 8 ? El amortiguamiento efectivo ßeff  (     ! M M Donde DE es considerada como el área del ciclo de histéresis y corresponde a la energía disipada por ciclo, limitada por el desplazamiento lateral –D y +D en cada ciclo por lo tanto DE = 4QD – Dy7%X% 7   V   '  Dy , también se deriva de ke , kp , Q  ! < <   V  '  Fy , en el desplazamiento de '  Dy se determina a través de la ecuación ? X En el diseño estructural, tanto la rigidez efectiva como el amortiguamiento efectivo, se determinan     V    ~    V  *K/    (nen para un periodo fundamental del sistema. Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO 111 RE¹EXI˜N 4.2 Modelo bilineal del aislador con núcleo de plomo La fuerza característica Q de los aisladores con núcleo de plomo es controlada principalmente por la fuerza cortante del núcleo de plomo. El    '          a bajos niveles de esfuerzo cortante. Sin embargo, el comportamiento histerético del aislador es bastante estable, inclusive cuando éste es sometido a muchos ciclos de carga. La siguiente ecuación muestra la relación que existe entre la fuerza característica Q    V ' cia fy1 del plomo por el área de plomo A1, como se   &     ! J       rístico para el aislador con núcleo de plomo:    *    %   V *tica ke no es fácil de calcular, pero a través de la siguiente ecuación empírica se puede obtener un &  K     V *     (         V'    ! >      > En base a esta condición se puede conocer el des V     '   Dy sustituyendo los valores encontrados y asumiendo que ke = kkp. Se     ! =^<W_ =    V5'  kp  (     !     ! O^8M_% Sustituyendo los datos encontrados hasta el mo            !  8W+  amortiguamiento efectivo para un aislador con núcleo de plomo. O 8W Donde, Ab es el área de caucho, t es el grosor total del caucho, fL = 1,5 y G es el módulo de cortan           &  En la tabla 2, se muestran todas y cada una de las características requeridas para el modelamiento del aislador LRB, para determinar la rigidez ver- J Tabla 2I  L $M     @& AISLADOR LRB Ancho 400 K$ t grosor total del caucho Largo 400 K$ Kp  */   Alto 250 K$ Ke rigidez elastica Espesor lámina de caucho 8 K$ ) *$   X espesor lámina de acero 2 K$ Keff rigidez efectiva 100 K$ Dy *$  /   fy1! */    $ 10 K Fy! */   G módulo de cortante del caucho 0,9 K F eff mm @  *       ) M$ B  $ A1 área de plomo 7.853,98 Q fuerza característica Ab área de caucho 78.539,82 N 152.146,02 mm2 Fuente: elaboración propia 112 Tecnura Vol. 16 No. 34 2 octubre-diciembre de 2012 amortiguamiento efectivo @   ?\p/keA 200 K$ 1.026,99 N/mm 10.269,86 N/mm 200 1.419,68 8,50 87.266,46 K$ N/mm K$ N 16,86% 709.842,35 0,100 N/mm RE¹EXI˜N tical del aislador se tomará como 500 veces la rigidez efectiva horizontal. 8M 4.3 Modelo bilineal del aislador de alto amortiguamiento Para generar un modelo bilineal para un aislador elastométrico de alto amortiguamiento, se emplean parámetros que son normalmente derivados del modulo de cortante G y el amortiguamiento efectivo ßef f . El modulo de cortante tangente G, es determinado con precisión de una prueba dinámica de cortante y el amortiguamiento efectivo, determinado de las pruebas a los prototipos       &    8W`<W`  amortiguamiento critico, [10]. La ecuación para      V'  kp para este tipo de aisladores es: 88 Finalmente, si se sustituye Dy=  , la rigidez efectiva, hasta lograrse el desplazamiento de diseño  *     ! 8X 8X 7    ?           rísticas requeridas para el modelamiento del aislador HDRB, para determinar la rigidez vertical del aislador se tomará como 500 veces la rigidez efectiva horizontal. 4.4 Modelo bilineal del sistema de péndulo de fricción Donde, Ab es el área de caucho, Q es el grosor total del caucho, G es el módulo de cortante tangente del caucho. La fuerza característica Q puede   &      ! 8< La fuerza característica Q de un péndulo de fric!   K       ! 8J 8< Donde, PC es la fuerza axial aplicada sobre el aislador, la cual está compuesta por la carga gravitacional Pg y el efecto de la aceleración vertical del terreno. Despreciando los efectos de la aceleración vertical la fuerza axial PC = Pg. Una estimación aproximada de dy puede ser expresada en términos del espesor total de la goma t, Dy     (   varía entre 0,05 y 0,1 [14]. ƒ & V      V'  kp,    V     '   Dy y la fuerza característica Q  V  '   *           ! 8?% 8? Luego la rigidez elástica de los aisladores de alto amortiguamiento se convierte en, la ecuación 8M% 8J μS„@ (   ! N  *   a la velocidad de deslizamiento y se calcula em    ! 8O^8X_% 8O Donde, fmax y fmin  (   !  culados a alta y baja velocidad respectivamente, †        &     &    aislador,  es la inversa de la velocidad de deslizamiento característica, este parámetro controla Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 113 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N Tabla 3.I  L $M     ")@& <<)]@")@& Ancho 400 K$ DD *$   X Largo 400 K$ F Alto 250 K$ Dy *$  /   17,50 K$ Espesor lámina de caucho 8 K$ Q fuerza característica 40.100,67 N G módulo de cortante del caucho 0,9 K Fy! */   50.180,67 N Ab área de caucho 160 mm2 Ke rigidez elástica 2.867,47 N/mm t grosor total del caucho 250 K$ Keff rigidez efectiva 776,50 N/mm Kp  */   576,00 N/mm @  *       388.251,66 N/mm @   ?\p/keA 0,201 Feff amortiguamiento efectivo 15,0% parámetro que varia entre 0,05 y 0,1 200 K$ 0,07 Fuente: elaboración propia la transición de fmax a fmin la cual es calculada en base a experimentos, sin embargo, algunos autores sugieren un valor aproximado de 100 s/m ^8X_%   V'  kp para los aisladores que utilizan péndulo de fricción, se calcula a tra&    ! 8>% 8> Donde, R representa el radio de curvatura de la  (   V         K mentos indican que la rigidez elástica ke basados en muchos experimentos que se han realizado alrededor de este sistema, se ha determinado que es, normalmente, al menos 100 veces más grande N     V '    kp . De acuerdo con   (    V   '      ! 8= 8= Esta ecuación indica que el desplazamiento de '   Dy es un valor muy pequeño y que se    K  WWW<XM%   ! <W 114 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 de la rigidez efectiva para el sistema de péndulo de fricción se puede escribir como: <W @   V   '  Dy es tan pequeño, comparándolo con el desplazamiento de diseño DD, se puede ignorar para desarrollar la  ! <8 *     % <8 "          ! <<  amortiguamiento efectivo correspondiente a este dispositivo: << En la tabla 4, se muestran cada una de las características requeridas para el modelamiento del aislador FPS, para determinar la rigidez vertical del aislador se tomará como 500 veces la rigidez efectiva horizontal. RE¹EXI˜N Tabla 4.I  L $M      <<)]@ Diámetro del disco deslizante 400 K$ ^  */   @    1.5 K$ Ke rigidez elástica I! *H       525.06 N 200 mm fmín 0,04 Keff rigidez efectiva H 100 s/m +! */   _ 0,10 m/s F Q fuerza característica 31.503,12 N/mm mm )) *$   X 0,060 35.004,00 0,90 0,06  N/mm )+ *$  /   !$MH F 350,04 507,56 eff amortiguamiento efectivo @  *       N/mm 31.818,15 N 19,76% 253.777,81 N/mm N Fuente: elaboración propia 5. DEFINICIÓN DE LA ACCIÓN SÍSMICA         7     V ( !       dicativa del área metropolitana de Bucaramanga      ˆ‰Z7Š/ˆ‰‹$ ^8J_    N  la amenaza para la ciudad de Bucaramanga está controlada por la posible ocurrencia de un sismo a lo largo de las fallas Bucaramanga-Santa Marta, Suárez, Salinas y la Frontal de los Llanos Orientales. Sin embargo, este mismo estudio propone tomar como escenarios de amenaza la Falla Bucaramanga-Santa Marta, y la Falla Frontal de los Llanos Orientales. Lo anterior se debe a que los posibles efectos generados por un sismo en las fallas Suárez y Salinas estarían cubiertos por los escenarios escogidos. Además, debido a que estos registros generados por INGEOMINAS muestran los datos de aceleración producida por el sismo Figura 11.<   $$    L$ ! & $  K   * = Fuente: elaboración propia Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 115 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N Figura 12. Acelerogramas compatibles con escenario sísmico falla Frontal para la zona 2. Fuente: elaboración propia directamente en la roca y, como en la ciudad de Bucaramanga generalmente las estructuras no están cimentadas sobre roca sólida, es necesario, para un mejor análisis, obtener los registros de los         (       ^8O_%  V    (       ~         V ( !       INGEOMINAS, la cual depende de las características del suelo y la respuesta dinámica de cada zona de la región generando estos acelerogramas  (      (  88  (  8<% 6. ANÁLISIS Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS 6.1 Periodos y modos de vibración En la tabla 5 se muestran los periodos y frecuencias para los primeros ocho modos de vibración del puente sin sistema de aislamiento y con los tres sistemas de aisladores usados. Para los cuatro modelos del puente, el primer modo de vibración está en dirección longitudinal. Es de aclarar también que, para el modelo sin ais- Tabla 5. I$       $     $  $  C ")@&C  + @& <<)]@ ")@&  @& K No. Periodo #% Frecuencia #  j% Periodo #% Frecuencia #  j% Periodo #% Frecuencia #  j% Periodo #% Frecuencia #  j% 1 2.91 0.34 2.32 0.43 2.61 0.38 2.02 0.49 2 2.80 0.36 2.21 0.45 2.51 0.40 1.91 0.52 3 2.56 0.39 2.03 0.49 2.37 0.42 1.66 0.60 4 2.12 0.47 1.96 0.51 2.30 0.44 1.59 0.63 5 1.19 0.84 1.83 0.55 2.19 0.46 1.43 0.70 6 0.96 1.04 1.78 0.56 2.15 0.47 1.39 0.72 7 0.62 1.62 1.71 0.59 2.09 0.48 1.30 0.77 8 0.40 2.51 1.70 0.59 2.09 0.48 1.28 0.78 Fuente: elaboración propia 116 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 RE¹EXI˜N Figura 13. Desplazamiento de la pila 3 en dirección longitudinal del puente para el sismo de Duzce, sin aislamiento       $  @& Fuente: elaboración propia ladores, los primeros ocho modos de vibración ocurren en dirección longitudinal, mientras que para los modelos con aisladores, el primer y quinto modo de vibración están en dirección longitudinal, y el segundo y sexto modo de vibración ocurren en dirección transversal. 6.2 Desplazamientos y fuerzas cortantes en la base @ G      (  8?  tra la comparación de los desplazamientos en la  ?  !           aislamiento sísmico versus el aislamiento LRB para el sismo de Duzce. De igual manera, se compara la fuerza cortante en la pila 7, para el sismo de Pretolia, para el puente sin aislamiento sísmi &       &  (   8M% 7      J         V   máximos de las pilas en dirección longitudinal  G       *               ( dos anteriormente. Figura 14. Fuerza cortante en la pila 7 en dirección longitudinal del puente para el sismo de Pretolia, sin aislamien    $  ")@& Fuente: elaboración propia Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 117 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N Tabla 6.I$     *$  $MH $           ?wA     $   $  $  C ")@&C + @& I$     *$   w#$$% <x <= <{ K]  @& ")@&   @& ")@&   @& ")@&  I]<|< 69.5 15.5 15.9 6.4 47.3 33.0 30.9 28.6 44.0 44.4 35.4 41.1 )EI 29.3 9.5 10.7 19.4 112.0 19.9 23.7 19.3 181.3 27.2 36.0 17.8 @ 8.5 4.2 6.5 9.6 15.2 6.0 8.3 7.6 9.4 9.0 11.9 7.2 "< 58.3 16.3 14.3 11.8 51.5 39.3 38.0 24.5 45.5 53.4 52.0 38.4 ]K<@}< 37.3 16.5 10.2 17.1 54.5 31.9 32.4 21.8 50.9 49.3 44.5 24.5 K<KK]}" 29.3 14.0 7.7 9.2 33.2 20.3 19.6 23.9 24.1 24.8 25.5 25.0 K]}|@] 54.7 18.3 11.1 16.3 57.4 25.6 25.3 37.8 45.6 35.4 32.4 35.5 @}]< 106.7 25.0 16.0 13.3 172.8 47.4 51.4 52.3 101.7 70.5 67.9 52.0 K&@< 7.8 6.5 7.1 9.6 10.3 6.8 7.4 11.6 6.8 7.9 10.3 8.9 ~"}}@ 8.7 4.7 5.8 5.4 8.7 7.4 7.9 4.4 5.7 11.3 9.6 6.3 106.7 25.0 16.0 19.4 172.8 47.4 51.4 52.3 181.3 70.5 67.9 52.0 KMH $ < <€ < K]  @& ")@&   @& ")@&   @& ")@&  I]<|< 42.5 46.9 37.5 44.1 47.8 35.9 33.1 39.9 72.9 20.6 22.5 9.1 )EI 180.4 29.4 38.3 18.9 161.7 22.6 29.2 17.6 28.2 12.2 15.9 17.4 @ 8.0 9.5 12.8 7.3 12.6 7.2 9.3 7.0 8.1 5.0 6.7 9.4 "< 44.4 57.8 55.0 41.7 48.4 44.1 44.0 36.5 74.6 23.2 20.2 14.7 ]K<@}< 48.4 52.3 46.1 25.2 55.8 38.4 38.3 24.3 45.2 19.7 16.2 25.6 K<KK]}" 23.3 24.2 26.5 25.3 27.0 22.7 22.8 24.3 26.9 16.5 10.2 15.2 K]}|@] 46.4 37.7 33.4 37.0 53.0 29.3 31.1 36.0 37.2 22.1 16.3 22.2 @}]< 95.2 76.1 71.5 55.6 115.7 51.1 62.9 51.4 107.8 35.2 23.5 21.4 K&@< 6.9 7.7 10.4 8.8 7.5 7.6 6.9 8.8 6.6 8.2 6.7 11.7 ~"}}@ 5.4 11.9 9.8 6.4 6.6 8.1 8.4 6.0 11.4 5.5 5.9 4.7 180.4 76.1 71.5 55.6 161.7 51.1 62.9 51.4 107.8 35.2 23.5 25.6 KMH $ 118 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 RE¹EXI˜N <‚ <ƒ K]  @& ")@&   @& ")@&  I]<|< 23.9 9.0 7.3 4.3 9.0 0.6 7.3 1.2 )EI 24.5 6.6 4.2 5.8 17.1 0.8 0.7 1.5 @ 9.4 3.0 2.8 4.7 9.2 0.6 0.3 0.4 "< 27.2 8.4 6.7 4.3 16.4 1.0 1.2 1.1 ]K<@}< 24.3 8.0 6.0 4.7 33.0 1.0 0.9 0.9 K<KK]}" 27.4 8.6 4.5 2.2 15.9 1.2 0.9 0.7 K]}|@] 55.9 10.3 5.7 8.3 22.1 1.3 1.2 1.1 @}]< 68.2 10.7 6.8 4.1 23.0 1.7 1.9 1.6 K&@< 16.1 4.4 3.4 4.2 20.2 0.7 0.4 0.5 ~"}}@ 5.0 2.1 5.2 5.3 11.5 0.4 0.5 0.5 KMH $ 68.2 10.7 7.3 8.3 33.0 1.7 7.3 1.6 Fuente: elaboración propia En la tabla 7 se comparan las fuerzas cortantes máximas para cada pila en dirección longitudinal  G       *               ( dos anteriormente. En la tabla 8 se comparan los desplazamientos y en la tabla 9 las fuerzas cortantes en dirección longitudinal del puente, para el modelo sin aislamiento sísmico, como también para los modelos con los tres sistemas de aislamiento de base, para los valores máximos obtenidos del análisis de historias en el tiempo, para los diez acelerogramas de la falla Frontal y la falla BucaramangaSantaMarta. La mayor deriva del puente sin aislamiento sísmico en dirección longitudinal se presenta en la  <  WMX`                     W8M`    se puede observar que las derivas en dirección transversal del puente sin aislamiento sísmico son imperceptibles, mientras que con el uso de aisladores de base aumentan considerablemente, alcanzándose valores máximos de deriva del or    W8J`%‹ N          N  las pilas del puente sin aislamiento sísmico son altamente rígidas pues, en general, las derivas     N ~  &      W<8`    WMX`% Se hace evidente que, cuando se usa cualquiera de los tres sistemas de aislamiento sísmico, las fuerzas cortantes en dirección longitudinal del puente que actúan en las pilas, que son las más re&         ( & + ejemplo en la pila 7 de tener una fuerza cortante  8W<MJ‰              &    &  8OWX‰  un sistema de aislamiento HDRB. 7  (  8X          tablas 8 y 9, donde se comparan los desplazamientos y fuerzas cortantes en dirección longi- Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 119 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N Tabla 7.I$    ! *  $MH $           ?wA     $   $  $  C ")@&C + @& I$    ! *   w#^% <x <= <{ K]  @& ")@&   @& ")@&   @& ")@&  I]<|< 3906 1560 1560 713 1013 979 853 899 1200 829 566 887 )EI 1569 948 1077 1949 1465 593 675 578 1359 961 577 398 @ 486 414 666 959 867 189 266 221 1119 475 311 1551 "< 3258 1654 1329 1130 1258 1127 1060 748 1262 1142 940 825 ]K<@}< 1969 1665 1225 1721 975 943 888 622 1119 949 882 542 K<KK]}" 1568 1397 730 981 499 601 545 700 448 454 380 550 K]}|@] 2922 1807 1143 1681 1256 756 690 1102 2354 715 639 729 @}]< 5876 2508 366 1320 1928 1344 1357 1618 1458 1054 1165 1177 K&@< 408 640 627 962 954 208 230 333 1621 395 371 196 ~"}}@ 549 490 597 546 1719 220 256 1402 1081 368 469 106 < <€ < K]  @& ")@&   @& ")@&   @& ")@&  I]<|< 894 893 551 862 1507 830 724 900 2604 1445 1495 674 )EI 1346 814 571 372 1405 523 619 423 914 873 1071 1139 @ 1149 402 270 119 1131 189 261 164 497 356 458 633 "< 1298 1186 932 834 1265 914 934 844 2386 1622 1355 953 ]K<@}< 1296 947 894 422 1084 864 783 561 1559 1350 1103 1694 K<KK]}" 425 432 364 484 470 530 477 536 908 1156 696 1016 K]}|@] 2208 672 606 676 2294 702 603 763 1153 1503 1094 1101 @}]< 1311 1117 1152 1092 1681 1074 1192 1224 3466 238 1542 1488 K&@< 1703 358 338 152 1298 185 216 219 353 563 462 770 ~"}}@ 1092 330 378 203 1248 200 281 132 658 387 415 358 KMH $ 2208 1186 1152 1092 2294 1074 1192 1224 3466 1622 1542 1694 120 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 RE¹EXI˜N <‚ <ƒ K]  @& ")@&   @& ")@&  I]<|< 3596 2150 1705 999 2630 260 683 357 )EI 3682 1546 983 1247 5160 329 279 517 @ 1409 702 597 1019 2598 253 108 109 "< 4086 1981 1588 912 4830 444 531 335 ]K<@}< 3648 1897 1381 1100 9720 467 346 297 K<KK]}" 4114 2008 1019 588 4646 533 372 990 K]}|@] 8398 2366 1324 1871 6500 568 446 255 @}]< 10246 2528 1549 949 6778 719 746 539 K&@< 2392 1038 763 900 5944 286 138 1140 ~"}}@ 736 465 1179 1187 3104 119 119 98 10246 2528 1705 1871 9720 719 746 1140 KMH $ Fuente: elaboración propia Figura 15. Comparación de desplazamientos y fuerzas cortantes en dirección longitudinal y transversal del puente con y sin aislamiento de base. Fuente: elaboración propia Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados 121 LEOCADIO RICO PRADILLA / GUSTAVO CHIO CHO RE¹EXI˜N Tabla 8. Comparación de desplazamientos para los cuatro modelos del puente, en dirección longitudinal y transversal del puente. #$$% <x <= <{ < <€ < <‚ <ƒ 106.70 172.80 181.30 180.40 161.70 107.80 68.19 33.00 0.43% 0.45% 0.40% 0.39% 0.37% 0.38% 0.36% 0.21% 15.99 51.40 67.93 71.51 62.90 23.46 7.33 7.28 0.06% 0.13% 0.15% 0.16% 0.14% 0.08% 0.04% 0.05% 19.42 52.32 51.98 55.60 51.44 25.58 8.29 1.59 0.08% 0.14% 0.12% 0.12% 0.12% 0.09% 0.04% 0.01% 25.04 47.41 70.45 76.13 51.14 35.24 10.67 1.69 0.10% 0.12% 0.16% 0.17% 0.12% 0.12% 0.06% 0.01%  #$$% ")@& Desplazamientos +  w #$$%  #$$% @& Fuente: elaboración propia Tabla 9. Comparación de fuerzas cortantes para los cuatro modelos del puente, en dirección longitudinal y transversal del puente.  *   w#^% <x <= <{ < <€ < <‚ <ƒ  5876 1928 2354 2208 2294 3466 10246 9720 ")@& 1560 1357 1165 1152 1192 1542 1705 745.6  1949 1618 1551 1092 1224 1694 1871 1140 @& 2508 1344 1142 1186 1074 1622 2528 718.6 Fuente: elaboración propia tudinal y transversal del puente con y sin aislamiento de base. 7. CONCLUSIONES 7     (!     *mica del puente en cuanto a los modos de vibración ya que, para el puente sin aislamiento, los modos principales son longitudinales, mientras que para el puente con sistemas de aislamiento el primer modo está en dirección longitudinal y el segundo modo de vibración está en dirección 122 Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 2012 transversal, y para los modos superiores se repite este comportamiento. En cuanto a los desplazamientos y fuerzas cortantes en el puente sin aisladores, son relevantes sólo   !      +   V mientos son máximos en las pilas centrales, que son las más altas, mientras que las fuerzas cortan       * +  el uso de sistemas de aislamiento de base, este comportamiento cambia totalmente: primero, las fuerzas cortantes y desplazamientos se hacen re&      +    - RE¹EXI˜N zas cortantes muy altas ya no se localizan en las pilas cortas, si no que tienden a ser uniformes en            + y en cuanto a los desplazamientos, siguen siendo mayores en las pilas altas, pero son de magnitudes muy parecidas en las dos direcciones. Respecto a los tres sistemas de aislamiento de base usados, el HDRB, el LRB y el FPS, se puede ver que inducen un comportamiento muy similar en el puente, dando una respuesta parecida en fuerzas cortantes y desplazamientos sobre las pilas. Aunque si se analizan los desplazamientos que producen cada uno de los sistemas de aislamiento, se ve que el FPS, en general, es el que    *  G+      V   fuerzas cortantes en las pilas, el aislador HDRB es el que produce las menores. REFERENCIAS [1] D. Jara y R. J Casas, “Criterios de diseño sísmico de puentes”, en Enfoques en la       en las universidades de Barcelona, [actas del VII Seminario de la APEC], Barcelona, 8O   <WW<%8<O”8?J% [2] A. Ghobarah, and H. M. Ali, “Seismic Performance of Highway Bridges”, Engineering Structures• %8W‰%?%8XO58JJ 1988. ^?_ %%}4  ‹%–%@ ‰%@4   P. J. Moss, “Seismic Design of Bridges on Lead-Rubber Bearings”, Journal of Structural Engineering, ASCE, No.115, %?WWW5?W8J% [4] J. S. Hwang and L.H. Sheng, “Equivalent Elastic Seismic Analysis of Base-Isolated Bridges with Lead-Rubber Bearings”, Engineering Structures • % 8J ‰% ? pp.201-209. ^X_ ‹%   /% @% @     ‹% M. 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